ترمودینامیک سیاهچاله و تابش هاوکینگ
سیاهچالهها مانند اجرام ترمودینامیکی رفتار میکنند: مساحت افق آنها نقش آنتروپی و گرانش سطحی آنها نقش دما را ایفا میکند، و محاسبه کوانتومی هاوکینگ نشان داد که آنها واقعاً تابش میکنند و به آرامی تبخیر میشوند.
Definition
ترمودینامیک سیاهچاله چارچوبی است که در آن به یک سیاهچاله آنتروپی برابر با یک چهارم مساحت افق آن بر حسب واحدهای پلانک و دمایی متناسب با گرانش سطحی آن اختصاص داده میشود، و تابش هاوکینگ انتشار حرارتی است که این تفسیر ترمودینامیکی را فیزیکی میکند.
Scope
این موضوع چهار قانون مکانیک سیاهچاله و شباهت آنها با ترمودینامیک، آنتروپی بکنشتاین-هاوکینگ متناسب با مساحت افق، دمای هاوکینگ و تبخیر، قانون دوم تعمیمیافته، و معماهای عمیق، پارادوکس اطلاعات و منشأ میکروسکوپی آنتروپی سیاهچاله را که این نتایج مطرح میکنند، پوشش میدهد.
Core questions
- چرا مساحت افق یک سیاهچاله مانند آنتروپی رفتار میکند؟
- چگونه نظریه کوانتومی باعث میشود یک سیاهچاله تابش حرارتی منتشر کند؟
- پارادوکس اطلاعات چه چیزی را در مورد تضاد بین گرانش و مکانیک کوانتومی آشکار میکند؟
Key concepts
- چهار قانون مکانیک سیاهچاله
- آنتروپی بکنشتاین-هاوکینگ
- دمای هاوکینگ
- تبخیر سیاهچاله
- قانون دوم تعمیمیافته
- پارادوکس اطلاعات
Key theories
- قوانین مکانیک سیاهچاله و آنتروپی
- مساحت افق یک سیاهچاله هرگز کاهش نمییابد و از قوانینی پیروی میکند که از نظر ساختاری با قوانین ترمودینامیک یکسان هستند، که بکنشتاین را به این نتیجه رساند که مساحت با آنتروپی متناسب است، که بعدها با محاسبه دمای هاوکینگ به دقت تثبیت شد.
- تابش هاوکینگ
- هاوکینگ با اعمال نظریه میدان کوانتومی بر فضای-زمان خمیده نزدیک یک افق، نشان داد که یک سیاهچاله طیف حرارتی را در دمایی متناسب با معکوس جرم خود منتشر میکند، بنابراین انرژی خود را از دست میدهد و در نهایت تبخیر میشود.
Clinical relevance
ترمودینامیک سیاهچاله واضحترین نقطه تلاقی شناخته شده گرانش، نظریه کوانتومی و مکانیک آماری است؛ قانون آنتروپی-مساحت، اصل هولوگرافیک و شمارش حالتهای میکروسکوپی نظریه ریسمان را تحریک میکند، و پارادوکس اطلاعات بخش عمدهای از تحقیقات کنونی را به سمت یک نظریه کوانتومی گرانش هدایت میکند.
History
در سالهای ۱۹۷۲-۱۹۷۳ بکنشتاین استدلال کرد که سیاهچالهها باید آنتروپی متناسب با مساحت داشته باشند تا قانون دوم را نجات دهند، در حالی که باردین، کارتر و هاوکینگ قوانین مکانیک سیاهچاله را رسمی کردند؛ کشف انتشار حرارتی هاوکینگ در سالهای ۱۹۷۴-۱۹۷۵ این شباهت را به ترمودینامیک واقعی تبدیل کرد و پارادوکس اطلاعات را گشود.
Debates
- پارادوکس اطلاعات سیاهچاله
- اگر تبخیر صرفاً تابش حرارتی تولید کند، اطلاعات مربوط به آنچه سیاهچاله را تشکیل داده است، از دست رفته به نظر میرسد، که با یکپارچگی کوانتومی در تضاد است؛ پیشنهادهایی از هولوگرافی و تطابق AdS/CFT تا محاسبات اخیر جزیره نشان میدهد که اطلاعات حفظ میشود، اما مکانیسم اجماعی هنوز تثبیت نشده است.
Key figures
- Jacob Bekenstein
- Stephen Hawking
- Brandon Carter
- James Bardeen
Related topics
Seminal works
- bekenstein1973
- hawking1975
Frequently asked questions
- آیا تابش هاوکینگ مشاهده شده است؟
- خیر، از یک سیاهچاله اخترفیزیکی مشاهده نشده است؛ دمای پیشبینی شده برای سیاهچالههای ستارهای و بزرگتر بسیار پایینتر از پسزمینه مایکروویو کیهانی است، که آن را غیرقابل تشخیص میکند، اگرچه سیستمهای آنالوگ آزمایشگاهی اثر زیربنایی را برای افقهای مرتبط بازتولید کردهاند.
- چرا سیاهچالههای کوچکتر قویتر تابش میکنند؟
- دمای هاوکینگ با جرم نسبت معکوس دارد، بنابراین سیاهچالههای کوچکتر داغتر هستند و سریعتر تبخیر میشوند و عمر خود را با یک انفجار شدید به پایان میرسانند، در حالی که سیاهچالههای بزرگ بسیار سرد هستند و در بازههای زمانی بسیار طولانیتر از عمر جهان تبخیر میشوند.