Termodinamika crnih rupa i Hawkingovo zračenje
Crne rupe se ponašaju kao termodinamički objekti: površina njihova horizonta igra ulogu entropije, a površinska gravitacija ulogu temperature, a Hawkingov kvantni izračun pokazao je da one doista zrače i polako isparavaju.
Definition
Termodinamika crnih rupa je okvir u kojem se crnoj rupi dodjeljuje entropija jednaka četvrtini površine njezina horizonta u Planckovim jedinicama i temperatura proporcionalna njezinoj površinskoj gravitaciji, pri čemu je Hawkingovo zračenje toplinsko zračenje koje ovu termodinamičku interpretaciju čini fizičkom.
Scope
Ova tema obuhvaća četiri zakona mehanike crnih rupa i njihovu analogiju s termodinamikom, Bekenstein-Hawkingovu entropiju proporcionalnu površini horizonta, Hawkingovu temperaturu i isparavanje, generalizirani drugi zakon te duboke zagonetke, informacijski paradoks i mikroskopsko podrijetlo entropije crnih rupa, koje ovi rezultati postavljaju.
Core questions
- Zašto se površina horizonta crne rupe ponaša kao entropija?
- Kako kvantna teorija uzrokuje da crna rupa emitira toplinsko zračenje?
- Što informacijski paradoks otkriva o sukobu između gravitacije i kvantne mehanike?
Key concepts
- Četiri zakona mehanike crnih rupa
- Bekenstein-Hawkingova entropija
- Hawkingova temperatura
- Isparavanje crnih rupa
- Generalizirani drugi zakon
- Informacijski paradoks
Key theories
- Zakoni mehanike crnih rupa i entropija
- Površina horizonta crne rupe nikada se ne smanjuje i poštuje zakone strukturno identične zakonima termodinamike, što je navelo Bekensteina da predloži da je površina proporcionalna entropiji, što je kasnije precizno utvrđeno Hawkingovim izračunom temperature.
- Hawkingovo zračenje
- Primjenjujući kvantnu teoriju polja na zakrivljeni prostor-vrijeme blizu horizonta, Hawking je pokazao da crna rupa emitira toplinski spektar na temperaturi obrnuto proporcionalnoj njezinoj masi, pa gubi energiju i na kraju isparava.
Clinical relevance
Termodinamika crnih rupa je najjasnije poznato sjecište gravitacije, kvantne teorije i statističke mehanike; zakon entropije i površine motivira holografski princip i izračune mikrostanja teorije struna, a informacijski paradoks usmjerava velik dio trenutačnih istraživanja prema kvantnoj teoriji gravitacije.
History
Godine 1972.-1973. Bekenstein je tvrdio da crne rupe moraju nositi entropiju proporcionalnu površini kako bi se spasio drugi zakon, dok su Bardeen, Carter i Hawking formalizirali zakone mehanike crnih rupa; Hawkingovo otkriće toplinskog zračenja 1974.-1975. pretvorilo je analogiju u pravu termodinamiku i otvorilo informacijski paradoks.
Debates
- Informacijski paradoks crnih rupa
- Ako isparavanje proizvodi čisto toplinsko zračenje, čini se da su informacije o tome što je formiralo crnu rupu izgubljene, što je u suprotnosti s kvantnom unitarnošću; prijedlozi od holografije i AdS/CFT korespondencije do nedavnih izračuna otoka sugeriraju da se informacije čuvaju, ali nije uspostavljen konsenzusni mehanizam.
Key figures
- Jacob Bekenstein
- Stephen Hawking
- Brandon Carter
- James Bardeen
Related topics
Seminal works
- bekenstein1973
- hawking1975
Frequently asked questions
- Je li Hawkingovo zračenje opaženo?
- Ne iz astrofizičke crne rupe; predviđena temperatura za zvjezdane i veće crne rupe daleko je ispod kozmičke mikrovalne pozadine, što je čini neotkrivenom, iako su laboratorijski analogni sustavi reproducirali temeljni učinak za srodne horizonte.
- Zašto male crne rupe zrače jače?
- Hawkingova temperatura obrnuto je proporcionalna masi, pa su manje crne rupe toplije i brže isparavaju, završavajući svoj život intenzivnim bljeskom, dok su velike crne rupe izuzetno hladne i isparavaju tijekom vremenskih razmjera koji daleko premašuju starost svemira.