Termodinamika e Vrimave të Zeza dhe Rrezatimi i Hawking-ut

Vrimat e zeza sillen si objekte termodinamike: sipërfaqja e horizontit të tyre luan rolin e entropisë dhe graviteti i tyre sipërfaqësor rolin e temperaturës, dhe llogaritja kuantike e Hawking-ut tregoi se ato vërtet rrezatojnë dhe avullojnë ngadalë.

Definition

Termodinamika e vrimave të zeza është korniza në të cilën një vrimë e zezë i caktohet një entropi e barabartë me një të katërtën e sipërfaqes së horizontit të saj në njësi Planck dhe një temperaturë proporcionale me gravitetin e saj sipërfaqësor, me rrezatimin e Hawking-ut si emetimi termik që e bën këtë interpretim termodinamik fizik.

Scope

Kjo temë mbulon katër ligjet e mekanikës së vrimave të zeza dhe analogjinë e tyre me termodinamikën, entropinë Bekenstein-Hawking proporcionale me sipërfaqen e horizontit, temperaturën dhe avullimin e Hawking-ut, ligjin e dytë të përgjithësuar, dhe enigmat e thella, paradoksin e informacionit dhe origjinën mikroskopike të entropisë së vrimave të zeza, që këto rezultate ngrenë.

Core questions

• Pse sipërfaqja e horizontit të një vrime të zezë sillet si një entropi?
• Si e shkakton teoria kuantike që një vrimë e zezë të emetojë rrezatim termik?
• Çfarë zbulon paradoksi i informacionit rreth konfliktit midis gravitetit dhe mekanikës kuantike?

Key concepts

• Katër ligjet e mekanikës së vrimave të zeza
• Entropia Bekenstein-Hawking
• Temperatura e Hawking-ut
• Avullimi i vrimave të zeza
• Ligji i dytë i përgjithësuar
• Paradoksi i informacionit

Key theories

Ligjet e mekanikës dhe entropisë së vrimave të zeza

Sipërfaqja e horizontit të një vrime të zezë nuk zvogëlohet kurrë dhe i bindet ligjeve strukturalisht identike me ligjet e termodinamikës, duke e çuar Bekenstein-in të propozojë se sipërfaqja është proporcionale me entropinë, e fiksuar më vonë me saktësi nga llogaritja e temperaturës e Hawking-ut.

Rrezatimi i Hawking-ut

Duke aplikuar teorinë kuantike të fushës në hapësirë-kohën e lakuar pranë një horizonti, Hawking tregoi se një vrimë e zezë emeton një spektër termik në një temperaturë anasjelltas proporcionale me masën e saj, kështu që ajo humbet energji dhe përfundimisht avullon.

Clinical relevance

Termodinamika e vrimave të zeza është pika më e qartë e njohur e takimit të gravitetit, teorisë kuantike dhe mekanikës statistikore; ligji entropi-sipërfaqe motivon parimin holografik dhe numërimet e mikrogjendjeve të teorisë së kordave, dhe paradoksi i informacionit drejton shumë kërkime aktuale drejt një teorie kuantike të gravitetit.

History

Në vitet 1972-1973 Bekenstein argumentoi se vrimat e zeza duhet të mbartin entropi proporcionale me sipërfaqen për të shpëtuar ligjin e dytë, ndërsa Bardeen, Carter dhe Hawking formalizuan ligjet e mekanikës së vrimave të zeza; zbulimi i Hawking-ut në vitet 1974-1975 i emetimit termik e ktheu analogjinë në termodinamikë të vërtetë dhe hapi paradoksin e informacionit.

Debates

Paradoksi i informacionit i vrimave të zeza

Nëse avullimi prodhon rrezatim thjesht termik, informacioni rreth asaj që formoi vrimën e zezë duket i humbur, duke kundërshtuar unitaritetin kuantik; propozimet nga holografia dhe korrespondenca AdS/CFT deri te llogaritjet e fundit të ishujve sugjerojnë se informacioni ruhet, por nuk është vendosur asnjë mekanizëm konsensual.

Key figures

• Jacob Bekenstein
• Stephen Hawking
• Brandon Carter
• James Bardeen

Seminal works

• bekenstein1973
• hawking1975

Frequently asked questions

A është vëzhguar rrezatimi i Hawking-ut?

Jo nga një vrimë e zezë astrofizike; temperatura e parashikuar për vrimat e zeza yjore dhe më të mëdha është shumë poshtë sfondit kozmik të mikrovalëve, duke e bërë atë të padetektueshme, megjithëse sistemet analoge laboratorike kanë riprodhuar efektin themelor për horizonte të ngjashme.

Pse vrimat e zeza të vogla rrezatojnë më fuqishëm?

Temperatura e Hawking-ut është anasjelltas proporcionale me masën, kështu që vrimat e zeza më të vogla janë më të nxehta dhe avullojnë më shpejt, duke e përfunduar jetën e tyre në një shpërthim intensiv, ndërsa vrimat e zeza të mëdha janë jashtëzakonisht të ftohta dhe avullojnë gjatë periudhave kohore që tejkalojnë shumë moshën e universit.