ब्लैक होल ऊष्मागतिकी और हॉकिंग विकिरण
ब्लैक होल ऊष्मागतिकीय वस्तुओं के रूप में व्यवहार करते हैं: उनका क्षितिज क्षेत्र एन्ट्रॉपी की भूमिका निभाता है और उनका सतही गुरुत्वाकर्षण तापमान की भूमिका निभाता है, और हॉकिंग की क्वांटम गणना से पता चला कि वे वास्तव में विकिरण करते हैं और धीरे-धीरे वाष्पित होते हैं।
Definition
ब्लैक-होल ऊष्मागतिकी वह ढाँचा है जिसमें एक ब्लैक होल को प्लैंक इकाइयों में उसके क्षितिज क्षेत्र के एक चौथाई के बराबर एन्ट्रॉपी और उसके सतही गुरुत्वाकर्षण के समानुपाती तापमान सौंपा जाता है, जिसमें हॉकिंग विकिरण वह तापीय उत्सर्जन है जो इस ऊष्मागतिकीय व्याख्या को भौतिक बनाता है।
Scope
यह विषय ब्लैक-होल यांत्रिकी के चार नियमों और ऊष्मागतिकी के साथ उनकी समानता, क्षितिज क्षेत्र के समानुपाती बेकेनस्टीन-हॉकिंग एन्ट्रॉपी, हॉकिंग तापमान और वाष्पीकरण, सामान्यीकृत द्वितीय नियम, और इन परिणामों से उत्पन्न होने वाली गहरी पहेलियों, सूचना विरोधाभास और ब्लैक-होल एन्ट्रॉपी की सूक्ष्म उत्पत्ति को शामिल करता है।
Core questions
- ब्लैक होल का क्षितिज क्षेत्र एन्ट्रॉपी की तरह क्यों व्यवहार करता है?
- क्वांटम सिद्धांत ब्लैक होल को तापीय विकिरण उत्सर्जित करने का कारण कैसे बनता है?
- सूचना विरोधाभास गुरुत्वाकर्षण और क्वांटम यांत्रिकी के बीच संघर्ष के बारे में क्या बताता है?
Key concepts
- ब्लैक-होल यांत्रिकी के चार नियम
- बेकेनस्टीन-हॉकिंग एन्ट्रॉपी
- हॉकिंग तापमान
- ब्लैक-होल वाष्पीकरण
- सामान्यीकृत द्वितीय नियम
- सूचना विरोधाभास
Key theories
- ब्लैक-होल यांत्रिकी और एन्ट्रॉपी के नियम
- एक ब्लैक होल का क्षितिज क्षेत्र कभी कम नहीं होता है और ऊष्मागतिकी के नियमों के संरचनात्मक रूप से समान नियमों का पालन करता है, जिससे बेकेनस्टीन ने प्रस्तावित किया कि क्षेत्र एन्ट्रॉपी के समानुपाती है, जिसे बाद में हॉकिंग के तापमान गणना द्वारा सटीक रूप से निर्धारित किया गया।
- हॉकिंग विकिरण
- एक क्षितिज के पास घुमावदार स्पेसटाइम पर क्वांटम क्षेत्र सिद्धांत लागू करते हुए, हॉकिंग ने दिखाया कि एक ब्लैक होल अपने द्रव्यमान के व्युत्क्रमानुपाती तापमान पर एक तापीय स्पेक्ट्रम उत्सर्जित करता है, इसलिए यह ऊर्जा खो देता है और अंततः वाष्पित हो जाता है।
Clinical relevance
ब्लैक-होल ऊष्मागतिकी गुरुत्वाकर्षण, क्वांटम सिद्धांत और सांख्यिकीय यांत्रिकी का सबसे स्पष्ट ज्ञात मिलन बिंदु है; एन्ट्रॉपी-क्षेत्र नियम होलोग्राफिक सिद्धांत और सूक्ष्म अवस्थाओं की स्ट्रिंग-थ्योरी गणनाओं को प्रेरित करता है, और सूचना विरोधाभास गुरुत्वाकर्षण के क्वांटम सिद्धांत की दिशा में बहुत सारे वर्तमान शोध का मार्गदर्शन करता है।
History
1972-1973 में बेकेनस्टीन ने तर्क दिया कि द्वितीय नियम को बचाने के लिए ब्लैक होल में क्षेत्र के समानुपाती एन्ट्रॉपी होनी चाहिए, जबकि बार्डीन, कार्टर और हॉकिंग ने ब्लैक-होल यांत्रिकी के नियमों को औपचारिक रूप दिया; हॉकिंग की 1974-1975 में तापीय उत्सर्जन की खोज ने समानता को वास्तविक ऊष्मागतिकी में बदल दिया और सूचना विरोधाभास को जन्म दिया।
Debates
- ब्लैक-होल सूचना विरोधाभास
- यदि वाष्पीकरण विशुद्ध रूप से तापीय विकिरण उत्पन्न करता है, तो ब्लैक होल बनाने वाली जानकारी खो जाती है, जो क्वांटम एकात्मकता का खंडन करती है; होलोग्राफी और AdS/CFT पत्राचार से लेकर हाल की द्वीप गणनाओं तक के प्रस्ताव बताते हैं कि जानकारी संरक्षित है, लेकिन कोई सर्वसम्मत तंत्र स्थापित नहीं है।
Key figures
- Jacob Bekenstein
- Stephen Hawking
- Brandon Carter
- James Bardeen
Related topics
Seminal works
- bekenstein1973
- hawking1975
Frequently asked questions
- क्या हॉकिंग विकिरण देखा गया है?
- एक खगोलभौतिकीय ब्लैक होल से नहीं; तारकीय और बड़े ब्लैक होल के लिए अनुमानित तापमान ब्रह्मांडीय माइक्रोवेव पृष्ठभूमि से बहुत कम है, जिससे यह पता नहीं चल पाता है, हालांकि प्रयोगशाला अनुरूप प्रणालियों ने संबंधित क्षितिज के लिए अंतर्निहित प्रभाव को पुन: उत्पन्न किया है।
- छोटे ब्लैक होल अधिक तीव्रता से विकिरण क्यों करते हैं?
- हॉकिंग तापमान द्रव्यमान के व्युत्क्रमानुपाती होता है, इसलिए छोटे ब्लैक होल अधिक गर्म होते हैं और तेजी से वाष्पित होते हैं, जिससे उनका जीवन एक तीव्र विस्फोट में समाप्त हो जाता है, जबकि बड़े ब्लैक होल अत्यधिक ठंडे होते हैं और ब्रह्मांड की आयु से कहीं अधिक समय तक वाष्पित होते रहते हैं।