Экспертам из Пенсильванского университета в США и Атомного центра в Сан-Карлос-де-Барилоче в Аргентине удалось разгадать одну из тайн черных дыр. Появились данные их отчета.
Специалисты создали новую модель микросостояний черной дыры, объясняющую происхождения энтропии, то есть степени беспорядка, внутри их.
Ученые напоминают о том, что в 1970-х годах была предложена формула энтропии Бекенштейна-Хокинга, описывающая термодинамику черных дыр. Из нее следовало, что черные дыры имеют энтропию, пропорциональную площади их горизонтов.
В то же время, согласно статистической физике, разработанной Больцманом и Гиббсом в конце XIX века, энтропия системы связана с количеством микроскопических конфигураций, имеющих одинаковое макроскопическое описание.
Для примера, говорят исследователи, капля краски, упавшая в воду в стакане, поначалу имеет низкую энтропию, но при растворении энтропия системы возрастает, потому что существует множество способов разместить молекулы краски так, чтобы вода в стакане стала окрашенной.
Информируется о том, что в квантово-механическом мире энтропия связана с микросостояниями, находящимися в суперпозиции, которые в больших масштабах дают одни и те же наблюдаемые характеристики.
Сообщается, что по отношению к черным дырам выделить микросостояния весьма проблематично, так как данные объекты полностью описываются лишь несколькими наблюдаемыми параметрами – массой, связанной с площадью горизонта событий, и спином, характеризующим скорость вращения, – тогда как другие скрываются под горизонтом событий.
Уточняется также, что до этого времени имелись работы по объяснению энтропии черных дыр в альтернативных вселенных с большим числом измерений, где внешние свойства черных дыр зависели от различных видов магнитных и электрических полей.
В работе говорится о том, что для объяснения энтропии черной дыры в обычной вселенной, лишенной дополнительных измерений, ученые теперь разработали новую теоретическую основу.
Была представлена модель микросостояний черной дыры, описываемых коллапсом пылевых оболочек внутри черной дыры.
Кроме этого, был предложен метод подсчета различных комбинаций микросостояний, находящихся в суперпозиции.
Поясняется, что такими микросостояниями являются разные геометрии пространства-времени, и они могут перекрываться друг с другом из-за возникновения квантово-механических червоточин, связывающих отдаленные области пространства.
Продемонстрировано, что если учитывать эффект от червоточин, то в любой вселенной, содержащей материю и гравитацию, энтропия черной дыры прямо пропорциональна площади ее горизонта событий, как это предполагали Бекенштейн и Хокинг.
Подчеркивается, что энтропия черных дыр может описываться классическими физическими теориями материи и геометрии пространства-времени.
До этого ученое сообщество ожидало, что подобная модель обязательно потребует инструментарий квантовой теории гравитации, такой как теория струн.
В будущем планируется расширить и обогатить свое описание микросостояний черной дыры, изучив, при каких обстоятельствах наблюдатель за горизонтом событий может определить, в каком микросостоянии находится черная дыра.
Ранее ученые нашли древнейшую черную дыру.