Melno caurumu termodinamika un Hokinga starojums
Melnajiem caurumiem piemīt termodinamisku objektu īpašības: to horizonta laukums spēlē entropijas lomu, un virsmas gravitācija – temperatūras lomu, un Hokinga kvantu aprēķins parādīja, ka tie patiešām izstaro un lēnām iztvaiko.
Definition
Melno caurumu termodinamika ir ietvars, kurā melnajam caurumam tiek piešķirta entropija, kas vienāda ar ceturtdaļu no tā horizonta laukuma Planka vienībās, un temperatūra, kas proporcionāla tā virsmas gravitācijai, ar Hokinga starojumu kā termisko emisiju, kas padara šo termodinamisko interpretāciju fizisku.
Scope
Šī tēma aptver četrus melno caurumu mehānikas likumus un to analoģiju ar termodinamiku, Bekenšteina-Hokinga entropiju, kas ir proporcionāla horizonta laukumam, Hokinga temperatūru un iztvaikošanu, vispārināto otro likumu, kā arī dziļās mīklas, informācijas paradoksu un melno caurumu entropijas mikroskopisko izcelsmi, ko šie rezultāti rada.
Core questions
- Kāpēc melnā cauruma horizonta laukums uzvedas kā entropija?
- Kā kvantu teorija liek melnajam caurumam izstarot termisko starojumu?
- Ko informācijas paradokss atklāj par konfliktu starp gravitāciju un kvantu mehāniku?
Key concepts
- Četri melno caurumu mehānikas likumi
- Bekenšteina-Hokinga entropija
- Hokinga temperatūra
- Melno caurumu iztvaikošana
- Vispārinātais otrais likums
- Informācijas paradokss
Key theories
- Melno caurumu mehānikas likumi un entropija
- Melnā cauruma horizonta laukums nekad nesamazinās un pakļaujas likumiem, kas strukturāli identiski termodinamikas likumiem, liekot Bekenšteinam ierosināt, ka laukums ir proporcionāls entropijai, ko vēlāk precīzi noteica Hokinga temperatūras aprēķins.
- Hokinga starojums
- Pielietojot kvantu lauka teoriju izliektajā laiktelpā pie horizonta, Hokings parādīja, ka melnais caurums izstaro termisko spektru temperatūrā, kas apgriezti proporcionāla tā masai, tādējādi tas zaudē enerģiju un galu galā iztvaiko.
Clinical relevance
Melno caurumu termodinamika ir skaidrākais zināmais gravitācijas, kvantu teorijas un statistiskās mehānikas saskares punkts; entropijas-laukuma likums motivē hologrāfisko principu un stīgu teorijas mikrostatus, un informācijas paradokss virza lielu daļu pašreizējo pētījumu uz kvantu gravitācijas teoriju.
History
1972.–1973. gadā Bekenšteins apgalvoja, ka melnajiem caurumiem jāpiemīt entropijai, kas proporcionāla laukumam, lai saglabātu otro likumu, savukārt Bardīns, Kārters un Hokings formalizēja melno caurumu mehānikas likumus; Hokinga 1974.–1975. gada termiskās emisijas atklājums pārvērta analoģiju par patiesu termodinamiku un atklāja informācijas paradoksu.
Debates
- Melno caurumu informācijas paradokss
- Ja iztvaikošana rada tīri termisku starojumu, informācija par to, kas veidoja melno caurumu, šķiet zudusi, kas ir pretrunā ar kvantu unitaritāti; priekšlikumi no hologrāfijas un AdS/CFT korespondences līdz nesenajiem salu aprēķiniem liecina, ka informācija tiek saglabāta, taču nav izveidots vienprātīgs mehānisms.
Key figures
- Jacob Bekenstein
- Stephen Hawking
- Brandon Carter
- James Bardeen
Related topics
Seminal works
- bekenstein1973
- hawking1975
Frequently asked questions
- Vai Hokinga starojums ir novērots?
- Nav novērots no astrofiziska melnā cauruma; paredzamā temperatūra zvaigžņu un lielākiem melnajiem caurumiem ir krietni zemāka par kosmisko mikroviļņu fonu, padarot to nenosakāmu, lai gan laboratorijas analogās sistēmas ir reproducējušas pamatā esošo efektu saistītiem horizontiem.
- Kāpēc mazie melnie caurumi izstaro spēcīgāk?
- Hokinga temperatūra ir apgriezti proporcionāla masai, tāpēc mazāki melnie caurumi ir karstāki un iztvaiko ātrāk, beidzot savu dzīvi intensīvā uzliesmojumā, savukārt lieli melnie caurumi ir ārkārtīgi auksti un iztvaiko laika posmos, kas ievērojami pārsniedz Visuma vecumu.