Kosmonavtika gününüz mübarək! Biz onu mətbəəyə göndərdik . Məhz bu günlərdə astrofiziklər bütün dünyaya qara dəliklərin necə göründüyünü göstərdilər. Təsadüf? Biz belə düşünmürük 😉 Gözləyin, tezliklə Stiven Qabser və Fransa Pretorius tərəfindən yazılmış, gözəl Pulkovo astronomu, ləqəbli Astrodedus Kirill Maslennikov tərəfindən tərcümə edilmiş, əfsanəvi Vladimir Surdin tərəfindən elmi redaktə edilmiş və nəşri ilə dəstəklənən heyrətamiz bir kitab çıxacaq. Traektoriya təməli.
Kəsik altında "Qara dəliklərin termodinamiği" parçası.
İndiyə qədər biz qara dəlikləri fövqəlnova partlayışları zamanı əmələ gələn və ya qalaktikaların mərkəzlərində yatan astrofizik cisimlər hesab edirdik. Biz onlara yaxın olan ulduzların təcillərini ölçməklə onları dolayı yolla müşahidə edirik. LIGO-nun 14 sentyabr 2015-ci ildə qravitasiya dalğalarının məşhur təsbiti qara dəliklərin toqquşmasının daha birbaşa müşahidələrinə nümunə idi. Qara dəliklərin təbiətini daha yaxşı başa düşmək üçün istifadə etdiyimiz riyazi alətlər bunlardır: diferensial həndəsə, Eynşteyn tənlikləri və Eynşteynin tənliklərini həll etmək və qara dəliklərin yaratdığı fəza-zaman həndəsəsini təsvir etmək üçün istifadə edilən güclü analitik və ədədi üsullar. Və biz qara dəliyin yaratdığı məkan-zamanın tam kəmiyyət təsvirini verə bildikcə, astrofiziki baxımdan qara dəliklər mövzusu qapalı sayıla bilər. Daha geniş nəzəri baxımdan, kəşfiyyat üçün hələ çox yer var. Bu fəslin məqsədi termodinamikanın və kvant nəzəriyyəsinin ideyalarının gözlənilməz yeni anlayışların yaranması üçün ümumi nisbi nəzəriyyə ilə birləşdirildiyi müasir qara dəlik fizikasında bəzi nəzəri irəliləyişləri vurğulamaqdır. Əsas ideya ondan ibarətdir ki, qara dəliklər sadəcə həndəsi obyektlər deyil. Onların temperaturu var, böyük entropiyaları var və kvant dolaşıqlığının təzahürlərini nümayiş etdirə bilirlər. Qara dəliklərin fizikasının termodinamik və kvant aspektləri ilə bağlı müzakirələrimiz əvvəlki fəsillərdə təqdim olunan qara dəliklərdə məkan-zamanın sırf həndəsi xüsusiyyətlərinin təhlilindən daha fraqmentar və səthi olacaq. Ancaq bunlar və xüsusən də kvant aspektləri qara dəliklərlə bağlı davam edən nəzəri tədqiqatların vacib və həyati bir hissəsidir və biz mürəkkəb detalları olmasa da, heç olmasa bu işlərin ruhunu çatdırmağa çox çalışacağıq.
Klassik ümumi nisbilik nəzəriyyəsində - Eynşteyn tənliklərinin həllərinin diferensial həndəsəsindən danışsaq - qara dəliklər həqiqətən qaradırlar ki, onlardan heç nə qaça bilməz. Stiven Hokinq göstərdi ki, kvant effektləri nəzərə alındıqda bu vəziyyət tamamilə dəyişir: qara dəliklər Hokinq temperaturu kimi tanınan müəyyən bir temperaturda radiasiya yayır. Astrofiziki ölçülü qara dəliklər üçün (yəni ulduz kütləsindən superkütləli qara dəliklərə qədər) Hokinqin temperaturu kosmik mikrodalğalı fonun temperaturu ilə müqayisədə əhəmiyyətsizdir - bütün Kainatı dolduran radiasiya, yeri gəlmişkən, özü Hawking radiasiyasının bir variantı hesab edilə bilər. Hawking-in qara dəliklərin temperaturunu təyin etmək üçün apardığı hesablamalar qara dəliklərin termodinamiği adlanan sahədə daha geniş tədqiqat proqramının bir hissəsidir. Bu proqramın başqa bir böyük hissəsi qara dəlikdə itirilmiş məlumatın miqdarını ölçən qara dəlik entropiyasının tədqiqidir. Adi cisimlər (məsələn, bir fincan su, təmiz maqnezium bloku və ya ulduz) da entropiyaya malikdir və qara dəlik termodinamikasının mərkəzi müddəalarından biri müəyyən ölçülü bir qara dəliyin hər hansı digər formadan daha çox entropiyaya malik olmasıdır. eyni ölçüdə, lakin qara dəlik əmələ gətirməyən bir sahədə ola bilən maddə.
Lakin Hawking radiasiyası və qara dəlik entropiyası ilə bağlı məsələlərə dərindən girmədən əvvəl gəlin kvant mexanikası, termodinamika və dolaşıqlıq sahələrinə qısaca nəzər salaq. Kvant mexanikası əsasən 1920-ci illərdə işlənib hazırlanmışdır və onun əsas məqsədi maddənin atomlar kimi çox kiçik hissəciklərini təsvir etmək idi. Kvant mexanikasının inkişafı fərdi zərrəciyin dəqiq mövqeyi kimi fizikanın əsas anlayışlarının aşınmasına səbəb oldu: məsələn, atom nüvəsi ətrafında hərəkət edən elektronun mövqeyini dəqiq müəyyən etmək mümkün olmadığı ortaya çıxdı. Bunun əvəzinə, elektronlara sözdə orbitlər təyin edildi, onların həqiqi mövqeləri yalnız ehtimal mənasında müəyyən edilə bilər. Bizim məqsədlərimiz üçün isə işin bu ehtimal tərəfinə çox tez keçməmək vacibdir. Ən sadə misalı götürək: hidrogen atomunu. Müəyyən bir kvant vəziyyətində ola bilər. Hidrogen atomunun əsas vəziyyəti adlanan ən sadə halı ən aşağı enerjiyə malik vəziyyətdir və bu enerji dəqiq məlumdur. Ümumiyyətlə, kvant mexanikası bizə (prinsipcə) istənilən kvant sisteminin vəziyyətini mütləq dəqiqliklə bilməyə imkan verir.
Kvant mexaniki sistemi haqqında müəyyən növ suallar verəndə ehtimallar işə düşür. Məsələn, hidrogen atomunun əsas vəziyyətdə olduğuna əmin olsaq, “elektron haradadır?” deyə soruşa bilərik. və kvant qanunlarına görə
mexanika, biz yalnız bu sualın ehtimalının müəyyən bir təxminini əldə edəcəyik, təxminən belə bir şey: "ehtimal ki, elektron hidrogen atomunun nüvəsindən yarım angstroma qədər məsafədə yerləşir" (bir angstrom bərabərdir 
metr). Ancaq müəyyən bir fiziki proses vasitəsilə elektronun yerini bir anqstromdan daha dəqiq tapmaq imkanımız var. Fizikada kifayət qədər ümumi olan bu proses çox qısa dalğa uzunluğuna malik bir fotonun elektrona atılmasını (yaxud fiziklərin dediyi kimi, bir fotonun elektronla səpələnməsini) əhatə edir – bundan sonra səpilmə anında elektronun yerini dəqiqliklə yenidən qura bilərik. təxminən dalğa uzunluğunun fotona bərabərdir. Lakin bu proses elektronun vəziyyətini dəyişəcək ki, bundan sonra o, artıq hidrogen atomunun əsas vəziyyətində olmayacaq və dəqiq müəyyən edilmiş enerjiyə malik olmayacaq. Ancaq bir müddət onun mövqeyi demək olar ki, dəqiq müəyyən ediləcək (bunun üçün istifadə olunan fotonun dalğa uzunluğunun dəqiqliyi ilə). Elektronun mövqeyinin ilkin qiymətləndirilməsi yalnız bir angstrom dəqiqliyi ilə ehtimal mənasında edilə bilər, lakin biz onu ölçdükdən sonra onun nə olduğunu dəqiq bilirik. Bir sözlə, əgər biz kvant mexaniki sistemini hansısa şəkildə ölçsək, onda heç olmasa şərti mənada onu ölçdüyümüz kəmiyyətin müəyyən dəyəri olan vəziyyətə “məcbur edirik”.
Kvant mexanikası təkcə kiçik sistemlərə deyil, (inanırıq) bütün sistemlərə aiddir, lakin böyük sistemlər üçün kvant mexaniki qaydaları tez bir zamanda çox mürəkkəbləşir. Əsas konsepsiya kvant dolaşıqlığıdır, bunun sadə nümunəsi spin anlayışıdır. Ayrı-ayrı elektronların spini var, buna görə də praktikada tək bir elektron seçilmiş məkan oxuna görə yuxarı və ya aşağı istiqamətlənmiş spinə malik ola bilər. Elektronun spini müşahidə edilə bilən kəmiyyətdir, çünki elektron maqnit çubuğunun sahəsinə bənzər zəif bir maqnit sahəsi yaradır. Sonra fırlanma elektronun şimal qütbünün aşağıya, aşağıya fırlanması isə şimal qütbünün yuxarıya baxması deməkdir. İki elektron birləşmiş kvant vəziyyətində yerləşdirilə bilər ki, onlardan biri yuxarı, digəri isə aşağı spinə malikdir, lakin hansı elektronun hansı spinə malik olduğunu söyləmək mümkün deyil. Əslində, helium atomunun əsas vəziyyətində iki elektron tam olaraq bu vəziyyətdədir, hər iki elektronun ümumi spini sıfır olduğundan, spin singlet adlanır. Bu iki elektronu spinlərini dəyişmədən ayırsaq, yenə də onların birlikdə spin təkliləri olduğunu söyləyə bilərik, lakin hər ikisinin spininin fərdi olaraq nə olacağını hələ deyə bilmərik. İndi onların spinlərindən birini ölçsək və onun yuxarıya doğru yönəldiyini müəyyən etsək, ikincinin aşağıya doğru yönəldiyinə tam əmin olarıq. Bu vəziyyətdə, spinlərin bir-birinə qarışdığını deyirik - nə özlüyündə müəyyən bir dəyərə malik deyil, nə də birlikdə müəyyən kvant vəziyyətindədirlər.
Eynşteyn dolaşıqlıq fenomenindən çox narahat idi: bu, nisbilik nəzəriyyəsinin əsas prinsiplərini təhdid edirdi. Spin təkli vəziyyətdə olan iki elektron kosmosda bir-birindən çox uzaqda olduqları halda onlara baxaq. Əmin olmaq üçün qoy onlardan birini Alisa, digərini isə Bob götürsün. Deyək ki, Alice öz elektronunun spinini ölçdü və onun yuxarıya doğru yönəldiyini gördü, lakin Bob heç nə ölçmədi. Alice ölçmə aparana qədər onun elektronunun spininin nə olduğunu söyləmək mümkün deyildi. Lakin o, ölçməni başa vuran kimi o, tamamilə başa düşdü ki, Bobun elektronunun spini aşağıya (öz elektronunun spininə əks istiqamətdə) yönəlmişdir. Bu o deməkdirmi ki, onun ölçməsi Bobun elektronunu dərhal spin-aşağı vəziyyətə salır? Elektronlar məkan olaraq ayrılsa, bu necə baş verə bilər? Eynşteyn və onun əməkdaşları Nathan Rosen və Boris Podolsky hiss edirdilər ki, dolaşıq sistemlərin ölçülməsi hekayəsi o qədər ciddidir ki, bu, kvant mexanikasının mövcudluğunu təhdid edir. Onların tərtib etdikləri Eynşteyn-Podolski-Rozen Paradoksu (EPR) kvant mexanikasının reallığın tam təsviri ola bilməyəcəyi qənaətinə gəlmək üçün bayaq təsvir etdiyimizə bənzər düşüncə təcrübəsindən istifadə edir. İndi, sonrakı nəzəri araşdırmalar və bir çox ölçmələr əsasında ümumi konsensus müəyyən edilmişdir ki, EPR paradoksunda xəta var və kvant nəzəriyyəsi düzgündür. Kvant mexaniki dolaşıq realdır: dolaşıq sistemlərin ölçüləri, sistemlər məkan zamanında bir-birindən çox uzaqda olsa belə, korrelyasiya edəcəkdir.
İki elektronu spin singlet vəziyyətinə qoyub Alice və Bob-a verdiyimiz vəziyyətə qayıdaq. Ölçmələr aparılmazdan əvvəl elektronlar haqqında nə deyə bilərik? Onların hər ikisinin birlikdə müəyyən kvant vəziyyətində olması (spin-singlet). Alisin elektronunun spininin yuxarı və ya aşağı istiqamətlənmə ehtimalı eynidir. Daha dəqiq desək, onun elektronunun kvant vəziyyəti bərabər ehtimalla biri (yuxarı fırlanır) və ya digəri (aşağı fırlanır) ola bilər. İndi bizim üçün ehtimal anlayışı əvvəlkindən daha dərin məna kəsb edir. Əvvəllər müəyyən bir kvant vəziyyətinə (hidrogen atomunun əsas vəziyyəti) baxdıq və gördük ki, bəzi "əlverişsiz" suallar var, məsələn, "elektron haradadır?" - cavabları yalnız ehtimal mənasında mövcud olan suallar. “Bu elektronun enerjisi nədir?” kimi “yaxşı” suallar versəydik, dəqiq cavablar alardıq. İndi Alicenin elektronu haqqında soruşa biləcəyimiz heç bir "yaxşı" sual yoxdur ki, cavabları Bobun elektronundan asılı deyil. (Söhbət “Alisin elektronunun hətta spini varmı?” kimi axmaq suallardan getmirik - onların cavabı yalnız bir olan suallardır.) Beləliklə, dolaşıq sistemin yarısının parametrlərini müəyyən etmək üçün istifadə etməli olacağıq. ehtimal dili. Əminlik yalnız Alice və Bobun elektronları haqqında verə biləcəyi suallar arasındakı əlaqəni nəzərdən keçirdikdə yaranır.
Biz qəsdən bildiyimiz ən sadə kvant mexaniki sistemlərindən biri ilə başladıq: fərdi elektronların spinləri sistemi. Belə sadə sistemlər əsasında kvant kompüterlərinin qurulacağına ümid var. Ayrı-ayrı elektronların və ya digər ekvivalent kvant sistemlərinin spin sistemi indi rəqəmsal kompüterlərdə adi bitlərin oynadığı rola bənzər kvant kompüterlərindəki rolunu vurğulayaraq, kubitlər (“kvant bitləri” üçün qısa) adlanır.
İndi təsəvvür edək ki, biz hər bir elektronu iki deyil, bir çox kvant vəziyyəti olan daha mürəkkəb kvant sistemi ilə əvəz etdik. Məsələn, Alice və Bob-a saf maqnezium çubuqları verdilər. Alice və Bob ayrı yollarına getməzdən əvvəl onların çubuqları qarşılıqlı əlaqədə ola bilər və biz bununla razılaşırıq ki, onlar müəyyən ümumi kvant vəziyyəti əldə edirlər. Alice və Bob ayrılan kimi onların maqnezium çubuqları qarşılıqlı əlaqəni dayandırır. Elektronlarda olduğu kimi, hər bir çubuq qeyri-müəyyən kvant vəziyyətindədir, baxmayaraq ki, birlikdə, inandığımız kimi, yaxşı müəyyən edilmiş bir vəziyyət meydana gətirirlər. (Bu müzakirədə biz Alice və Bobun daxili vəziyyətlərini heç bir şəkildə pozmadan maqnezium çubuqlarını hərəkət etdirə bildiklərini fərz edirik, necə ki, əvvəllər Alice və Bob spinlərini dəyişmədən onların dolaşıq elektronlarını ayıra bildikləri kimi.) fərq Bu düşüncə təcrübəsi ilə elektron təcrübə arasındakı fərq ondadır ki, hər bir zolağın kvant vəziyyətində qeyri-müəyyənlik çox böyükdür. Bar Kainatdakı atomların sayından daha çox kvant vəziyyətləri əldə edə bilər. Termodinamika burada rol oynayır. Çox pis müəyyən edilmiş sistemlər buna baxmayaraq bəzi yaxşı müəyyən edilmiş makroskopik xüsusiyyətlərə malik ola bilər. Belə bir xüsusiyyət, məsələn, temperaturdur. Temperatur, sistemin hər hansı bir hissəsinin müəyyən bir orta enerjiyə sahib olma ehtimalının ölçüsüdür, daha yüksək temperatur isə daha çox enerjiyə malik olma ehtimalına uyğundur. Başqa bir termodinamik parametr, sistemin qəbul edə biləcəyi vəziyyətlərin sayının loqarifminə mahiyyətcə bərabər olan entropiyadır. Maqnezium çubuqları üçün əhəmiyyətli ola biləcək başqa bir termodinamik xüsusiyyət onun xalis maqnitləşməsidir ki, bu da çubuqda spin-aşağı elektronlardan nə qədər çox spin-up elektron olduğunu göstərən bir parametrdir.
Biz termodinamikanı hekayəmizə kvant halları digər sistemlərlə qarışdığına görə dəqiq bilinməyən sistemləri təsvir etmək üçün bir üsul kimi gətirdik. Termodinamika bu cür sistemlərin təhlili üçün güclü vasitədir, lakin onun yaradıcıları onun bu şəkildə tətbiqini heç də təsəvvür etmirdilər. Sadi Carnot, James Joule, Rudolf Clausius 19-cu əsrin sənaye inqilabının simaları idi və onları bütün suallardan ən praktiki maraqlandırırdı: mühərriklər necə işləyir? Təzyiq, həcm, temperatur və istilik mühərriklərin əti və qanıdır. Carnot müəyyən etdi ki, istilik şəklində olan enerji heç vaxt yüklərin qaldırılması kimi faydalı işə tamamilə çevrilə bilməz. Bəzi enerji həmişə boşa gedəcək. Clausius, istiliklə əlaqəli hər hansı bir proses zamanı enerji itkilərini təyin etmək üçün universal bir vasitə kimi entropiya ideyasının yaradılmasına böyük töhfə verdi. Onun əsas nailiyyəti entropiyanın heç vaxt azalmadığını başa düşməsi idi - demək olar ki, bütün proseslərdə artır. Entropiyanın artdığı proseslər geri dönməz adlanır, çünki entropiyanın azalması olmadan onları geri qaytarmaq mümkün deyil. Statistik mexanikanın inkişafı istiqamətində növbəti addımı Klauzius, Maksvell və Lüdviq Boltsmann (bir çox başqaları arasında) atdılar - onlar göstərdilər ki, entropiya nizamsızlıq ölçüsüdür. Adətən, nə qədər çox hərəkət edirsənsə, bir o qədər çox pozğunluq yaradırsan. Və məqsədi nizamı bərpa etmək olan bir prosesi tərtib etsəniz belə, o, qaçılmaz olaraq məhv ediləcəkdən daha çox entropiya yaradacaq - məsələn, istilik buraxmaqla. Polad tirləri mükəmməl qaydada qoyan kran tirlərin düzülüşü baxımından nizam yaradır, lakin işlədiyi müddətdə o qədər istilik əmələ gətirir ki, ümumi entropiya yenə də artır.
Ancaq yenə də 19-cu əsr fiziklərinin termodinamikaya baxışı ilə kvant dolaşıqlığı ilə bağlı baxış arasında fərq göründüyü qədər böyük deyil. Sistem hər dəfə xarici agentlə qarşılıqlı əlaqədə olduqda, onun kvant vəziyyəti agentin kvant vəziyyəti ilə qarışır. Tipik olaraq, bu dolaşıq sistemin kvant vəziyyətinin qeyri-müəyyənliyinin artmasına, başqa sözlə, sistemin ola biləcəyi kvant vəziyyətlərinin sayının artmasına səbəb olur. Digər sistemlərlə qarşılıqlı əlaqə nəticəsində sistem üçün mövcud olan kvant hallarının sayı ilə müəyyən edilən entropiya adətən artır.
Ümumiyyətlə, kvant mexanikası bəzi parametrlərin (məsələn, kosmosdakı mövqe) qeyri-müəyyən olduğu, lakin digərlərinin (məsələn, enerji) çox vaxt əminliklə bilindiyi fiziki sistemləri xarakterizə etmək üçün yeni bir üsul təqdim edir. Kvant dolaşıqlığı vəziyyətində sistemin iki əsaslı ayrı hissəsi məlum ümumi kvant vəziyyətinə malikdir və hər bir hissə ayrıca qeyri-müəyyən vəziyyətə malikdir. Dolaşmanın standart nümunəsi təkli vəziyyətdə olan bir cüt fırlanmadır, hansı spinin yuxarı, hansının aşağı olduğunu müəyyən etmək mümkün deyil. Böyük bir sistemdə kvant vəziyyətinin qeyri-müəyyənliyi, sistemin bir çox mümkün mikroskopik kvant vəziyyətinə malik olmasına baxmayaraq, temperatur və entropiya kimi makroskopik parametrlərin böyük dəqiqliklə bilindiyi bir termodinamik yanaşma tələb edir.
Kvant mexanikası, dolaşıqlıq və termodinamika sahələrinə qısa ekskursiyamızı tamamladıqdan sonra gəlin indi bütün bunların qara dəliklərin bir temperatura malik olması faktını necə başa düşdüyünü anlamağa çalışaq. Buna doğru ilk addımı Bill Unruh atdı - o göstərdi ki, düz fəzada sürətlənən müşahidəçinin sürətinin 2π-ə bölünməsinə bərabər temperatur olacaq. Unruhun hesablamalarının açarı ondan ibarətdir ki, müəyyən istiqamətdə sabit sürətlənmə ilə hərəkət edən müşahidəçi düz fəza zamanının ancaq yarısını görə bilir. İkinci yarı mahiyyətcə qara dəliyə bənzər bir üfüqün arxasındadır. Əvvəlcə qeyri-mümkün görünür: düz kosmos necə özünü qara dəliyin üfüqü kimi apara bilər? Bunun necə baş verdiyini başa düşmək üçün sadiq müşahidəçilərimiz Alisa, Bob və Billi köməyə çağıraq. Bizim xahişimizlə onlar sıraya düzülürlər, Alice Bob və Bill arasındadır və hər cütlükdəki müşahidəçilər arasındakı məsafə düz 6 kilometrdir. Razılaşdıq ki, sıfır zaman Alice raketə atılacaq və daimi sürətlənmə ilə Billə (və buna görə də Bobdan uzaq) uçacaq. Onun raketi çox yaxşıdır, cisimlərin Yer səthinə yaxın hərəkət etdiyi qravitasiya sürətindən 1,5 trilyon dəfə böyük sürətlənmə inkişaf etdirməyə qadirdir. Əlbəttə, Alisa üçün belə bir sürətlənməyə tab gətirmək asan deyil, lakin indi görəcəyimiz kimi, bu rəqəmlər bir məqsədlə seçilir; günün sonunda biz sadəcə potensial imkanları müzakirə edirik, hamısı budur. Məhz Alice raketinə atladığı anda Bob və Bill ona əl qaldırırlar. (Bizim “məhz həmin anda ...” ifadəsini işlətmək hüququmuz var, çünki Alisa hələ uçuşuna başlamamış olsa da, o, Bob və Bill ilə eyni istinad çərçivəsindədir, buna görə də onların hamısı saatlarını sinxronlaşdıra bilər. .) Əl yelləyən Alisa, əlbəttə ki, Billi ona baxır: lakin, raketin içində olduğu halda, o, onu olduğu yerdə qalsaydı, bu baş verə biləcəyindən daha tez görəcək, çünki onunla olan raketi dəqiq ona doğru uçur. Əksinə, o, Bobdan uzaqlaşır, ona görə də məntiqli olaraq güman edə bilərik ki, o, eyni yerdə qalsaydı, görəcəyindən bir az gec onun ona əl yellədiyini görəcək. Ancaq həqiqət daha da təəccüblüdür: o, Bobu heç görməyəcək! Başqa sözlə desək, Bobun yelləyən əlindən Alisə doğru uçan fotonlar, onun heç vaxt işıq sürətinə çata bilməyəcəyini nəzərə alsaq, heç vaxt ona yetişməyəcək. Əgər Bob yelləməyə başlasaydı, Alisa bir az da yaxınlaşsa, getdiyi anda ondan uzaqlaşan fotonlar onu qabaqlayacaq, bir az uzaqda olsaydı, onu ötməzdi. Bu mənada deyirik ki, Alisa kosmos-zamanın ancaq yarısını görür. Alice hərəkət etməyə başlayanda Bob Alisin müşahidə etdiyi üfüqdən bir qədər uzaqdadır.
Kvant dolaşıqlığından bəhs edərkən biz belə bir fikrə alışmışıq ki, bütövlükdə kvant mexaniki sistemi müəyyən kvant vəziyyətinə malik olsa belə, onun bəzi hissələri bu vəziyyətə malik olmaya bilər. Əslində, mürəkkəb kvant sistemini müzakirə etdikdə, onun bir hissəsini termodinamika baxımından ən yaxşı şəkildə xarakterizə etmək olar: bütün sistemin yüksək qeyri-müəyyən kvant vəziyyətinə baxmayaraq, ona dəqiq müəyyən edilmiş temperatur təyin edilə bilər. Alice, Bob və Bill ilə bağlı son hekayəmiz bir az bu vəziyyətə bənzəyir, lakin burada bəhs etdiyimiz kvant sistemi boş məkan-zamandır və Alice bunun yalnız yarısını görür. Gəlin qeyd edək ki, məkan-zaman bütövlükdə özünün əsas vəziyyətindədir, yəni onda heç bir hissəcik yoxdur (əlbəttə, Alice, Bob, Bill və raketi nəzərə almasaq). Lakin Alisanın gördüyü məkan-zaman hissəsi zəmin vəziyyətində deyil, onun görmədiyi hissəsi ilə qarışmış vəziyyətdə olacaq. Alice tərəfindən qəbul edilən məkan-zaman sonlu temperaturla xarakterizə olunan mürəkkəb, qeyri-müəyyən kvant vəziyyətindədir. Unruhun hesablamaları bu temperaturun təxminən 60 nanokelvin olduğunu göstərir. Qısacası, Alice sürətlənən kimi o, sürətlənməyə bölünən sürətə bərabər (uyğun vahidlərdə) temperaturu olan isti radiasiya vannasına batırılır.
düyü. 7.1. Alisa istirahətdən sürətlənmə ilə hərəkət edir, Bob və Bill isə hərəkətsiz qalırlar. Alisin sürətlənməsi elədir ki, o, Bobun t = 0-da göndərdiyi fotonları heç vaxt görməyəcək. Bununla belə, Billin ona göndərdiyi fotonları t = 0-da alır. Nəticə budur ki, Alisa kosmos-zamanın yalnız yarısını müşahidə edə bilir.
Unruhun hesablamalarının qəribə tərəfi odur ki, onlar başdan sona boş kosmosa istinad etsələr də, Kral Lirin məşhur “yoxdan heç nə çıxmaz” sözləri ilə ziddiyyət təşkil edir. Boş yer necə bu qədər mürəkkəb ola bilər? Hissəciklər haradan gələ bilər? Fakt budur ki, kvant nəzəriyyəsinə görə, boş yer heç də boş deyil. Orada, burada və orada, enerjisi həm müsbət, həm də mənfi ola bilən virtual hissəciklər adlanan qısamüddətli həyəcanlar daim meydana çıxır və yox olur. Demək olar ki, bütün boş məkanı görə bilən uzaq gələcəkdən müşahidəçi - gəlin onu Kerol adlandıraq - orada uzunömürlü hissəciklərin olmadığını təsdiqləyə bilər. Üstəlik, kosmos-zamanın Alisanın müşahidə edə bildiyi həmin hissəsində müsbət enerjiyə malik hissəciklərin kvant dolaşıqlığına görə olması, kosmik zamanın Alisa üçün müşahidə olunmayan hissəsində bərabər və əks enerji işarəli həyəcanlarla əlaqələndirilir. Bütövlükdə boş kosmos-zaman haqqında bütün həqiqət Kerola açıqlanır və bu həqiqət ondan ibarətdir ki, orada heç bir hissəcik yoxdur. Ancaq Alisin təcrübəsi ona hissəciklərin orada olduğunu söyləyir!
Amma sonra məlum olur ki, Unruhun hesabladığı temperatur sadəcə uydurma kimi görünür - bu, daha çox düz məkanın deyil, düz fəzada daimi sürətlənmə yaşayan müşahidəçinin xüsusiyyətidir. Bununla belə, cazibə qüvvəsinin özü eyni “uydurma” qüvvədir, o mənada ki, onun yaratdığı “sürətlənmə” əyri metrikdə geodeziya boyunca hərəkətdən başqa bir şey deyil. 2-ci fəsildə izah etdiyimiz kimi, Eynşteynin ekvivalentlik prinsipi təcil və cazibə qüvvəsinin mahiyyətcə ekvivalent olduğunu bildirir. Bu nöqteyi-nəzərdən qara dəliyin üfüqünün Unruhun sürətlənən müşahidəçinin temperaturu hesablamasına bərabər bir temperatura malik olmasında xüsusilə şokedici heç nə yoxdur. Ancaq soruşa bilərikmi, temperaturu təyin etmək üçün hansı sürətlənmə dəyərindən istifadə etməliyik? Qara dəlikdən kifayət qədər uzaqlaşaraq, onun cazibə qüvvəsini istədiyimiz qədər zəiflədə bilərik. Bu o deməkdirmi ki, ölçdüyümüz qara dəliyin effektiv temperaturunu təyin etmək üçün müvafiq olaraq kiçik sürətlənmə dəyərindən istifadə etməliyik? Bu sual olduqca məkrli görünür, çünki inandığımız kimi, obyektin temperaturu özbaşına azala bilməz. Ehtimal olunur ki, onun hətta çox uzaqdakı müşahidəçi tərəfindən də ölçülə bilən sabit sonlu dəyəri var.
Mənbə: www.habr.com