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블랙홀의 두 미세 상태의 양자 중첩은 다른 미세 상태와 동일합니다. 크레딧: Aruna Balasubramanian

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블랙홀의 두 미세 상태의 양자 중첩은 다른 미세 상태와 동일합니다. 크레딧: Aruna Balasubramanian

블랙홀은 강한 중력을 갖고 있어 어떤 물체, 심지어 빛도 빠져나오지 못하게 하는 흥미로운 천체입니다. 블랙홀은 많은 천체물리학 연구의 주제였지만, 블랙홀의 기원과 기본적인 물리학은 대부분 미스터리로 남아 있습니다.

펜실베니아 대학과 바릴로체 원자 센터의 연구원들은 최근 블랙홀의 엔트로피 기원(즉, 무질서 정도)에 관한 블랙홀 미세 상태에 대한 새로운 모델을 제시했습니다.

이 모델은 A에 제시되어 있습니다. 종이 에 게시됨 실제 검토 편지이는 미래의 천체 물리학 연구에 도움이 될 수 있는 블랙홀에 대한 대안적인 관점을 제공합니다.

“블랙홀의 열역학을 설명하는 Bekenstein-Hawking 엔트로피 공식은 1970년대에 발견되었습니다”라고 논문의 공동 저자인 Vijay Balasubramanian이 Phys.org에 말했습니다. “이 공식은 블랙홀의 엔트로피가 지평선 면적에 비례한다는 것을 나타냅니다.

“19세기 후반에 볼츠만과 깁스가 개발한 통계 물리학에 따르면, 시스템의 엔트로피는 동일한 거시적 설명을 갖는 미세한 구성의 수와 관련이 있습니다.

“우리와 같은 양자 역학 세계에서 엔트로피는 ‘미시적 상태’, 즉 대규모에서 동일한 관찰 가능한 특징을 생성하는 미세한 구성 요소의 양자 중첩에서 발생합니다.”

물리학자들은 수십 년 동안 블랙홀 엔트로피에 대한 신뢰할 만한 설명을 제공하려고 노력해 왔습니다. 1990년대에 Andrew Strominger와 Cumron Vava는 “초대칭”으로 알려진 가상의 특성을 활용하여 여분차원 우주에서 질량이 전자기 전하와 동일한 특수 종류의 블랙홀의 정확한 상태를 계산하는 방법을 고안했습니다. 그리고 다양한 종류의 블랙홀. 전기장과 자기장.

우리와 같은 우주에서 블랙홀 엔트로피의 기원을 설명하기 위해 발라수브라마니안과 그의 동료들은 새로운 이론적 틀을 만들어야 했습니다.

발라수브라마니안은 “이전의 시도에도 불구하고 우리 우주의 항성 붕괴로 인해 형성되는 블랙홀의 유형에 적용할 수 있는 설명은 아직 없다”고 말했다. “우리의 목표는 그러한 계정을 제공하는 것이었습니다.”

이 최근 연구의 주요 기여는 블랙홀 내부 먼지 봉투의 붕괴로 설명할 수 있는 블랙홀 미세 상태의 새로운 모델을 도입한 것입니다. 또한 연구진은 양자역학적으로 정밀한 상태가 중첩되는 방식을 계산하는 기술을 고안했습니다.

Balasubramanian은 “우리 연구의 핵심 아이디어는 명백히 별개의 미세 상태에 해당하는 매우 다른 시공간 기하학이 먼 공간 영역을 연결하는 양자 역학 ‘웜홀’의 미묘한 효과로 인해 서로 혼합될 수 있다는 것입니다.”라고 Balasubramanian은 말했습니다.

“이러한 웜홀의 영향을 고려한 결과, 우리의 결과는 중력과 물질을 포함하는 모든 우주에서 베켄슈타인과 호킹이 제안한 것처럼 블랙홀의 엔트로피는 사건 지평선의 면적에 정비례한다는 것을 보여줍니다.”

Balasubramanian과 동료들의 최근 연구는 블랙홀의 작은 상태에 대한 새로운 사고 방식을 제시합니다. 그들의 모델은 물질에 대한 고전적인 물리 이론과 시공간 기하학에 의해 잘 설명되는 단순한 물체의 양자 중첩으로 구체적으로 설명합니다.

Balasubramanian은 “이것은 매우 놀라운 일입니다. 커뮤니티에서는 블랙홀의 엔트로피에 대한 미시적 설명을 위해서는 끈 이론과 같은 양자 중력 이론의 전체 장치가 필요할 것이라고 기대했기 때문입니다.”라고 Balasubramanian은 말했습니다.

“우리는 또한 거시적, 심지어 우주 수준에서 서로 다른 우주가 때때로 거시적 수준에서 다른 다른 우주의 양자 중첩으로 이해될 수 있음을 보여주었습니다. 우리가 일반적으로 “양자역학과 연관시키는 것은 소규모 현상”이라는 점을 고려하면 이는 놀라운 일입니다.

새로 제시된 이론적 틀은 블랙홀의 열역학을 설명하기 위한 다른 이론적 연구의 길을 열 수 있습니다. 동시에 연구자들은 블랙홀의 작은 상태에 대한 설명을 확장하고 풍부하게 할 계획입니다.

발라수브라마니안은 “우리는 이제 사건의 지평선 밖의 관찰자가 블랙홀이 존재하는 정확한 상태를 어느 정도, 어떤 조건에서 결정할 수 있는지 연구하고 있다”고 덧붙였다.

추가 정보:
Vijay Balasubramanian et al., 천체물리학적 블랙홀 엔트로피의 미세한 기원, 실제 검토 편지 (2024). doi: 10.1103/PhysRevLett.132.141501

잡지 정보:
실제 검토 편지


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