{"id":31419,"date":"2019-10-31T21:41:09","date_gmt":"2019-10-31T18:41:09","guid":{"rendered":"https:\/\/prohoster.info\/blog\/termodinamika-chernyh-dyr\/"},"modified":"2019-10-31T21:41:09","modified_gmt":"2019-10-31T18:41:09","slug":"termodinamika-chernyh-dyr","status":"publish","type":"post","link":"https:\/\/prohoster.info\/et\/blog\/novosti-interneta\/termodinamika-chernyh-dyr","title":{"rendered":"Mustrite d\u00fcnaamika","gt_translate_keys":[{"key":"rendered","format":"text"}]},"content":{"rendered":"

\"Mustrite<\/a><\/noindex>
\nKosmonautika p\u00e4evaga! Oleme tr\u00fckikotta saatnud \u201eMustade aukude v\u00e4ike raamat\u201c<\/a><\/noindex>Just nendel p\u00e4evadel on astrof\u00fc\u00fcsikud n\u00e4idanud kogu maailmale, millised mustad augud v\u00e4lja n\u00e4evad. Kokkusattumus? Ei arva \ud83d\ude09 Oodake, peagi ilmub \u00fcllatav raamat, mille autoriteks on Steven Gabser ja Frans Pretorius, t\u00f5lkinud suurep\u00e4rane Pulkovski astronoom aka Astroded Kirill Maslennikov, teadusliku toimetuse tegi legendaarne Vladimir Surdin ning selle v\u00e4ljaandmist toetas fond Trajektooria.<\/p>\n

L\u00f5ik \u201eMustade aukude d\u00fcnaamika\u201c allpool.
\n<\/a><\/noindex>
\nOleme seni kuni musti auke vaadanud kui astronoomilisi objekte, mis on tekkinud supernoovade plahvatuste k\u00e4igus v\u00f5i asuvad galaktikate keskustes. Me j\u00e4lgime neid kaudselt, m\u00f5\u00f5tes nende l\u00e4hedal asuvate t\u00e4htede kiirusmuutusi. Kuulus LIGO gravitatsioonilainete registreerimine 14. septembril 2015 n\u00e4itas otse mustade aukude kokkup\u00f5rke j\u00e4lgimist. Matemaatilised t\u00f6\u00f6riistad, mida kasutame mustade aukude iseloomu paremaks m\u00f5istmiseks, on j\u00e4rgmised: diferentsiaalgeomeetria, Einsteini v\u00f5rrandid ja v\u00f5imsad anal\u00fc\u00fctilised ja arvutusmeetodid, mida rakendatakse Einsteini v\u00f5rrandite lahendamiseks ja mustade aukude genereerimise ruumi-aja geomeetria kirjeldamiseks. Ja kui suudame anda t\u00e4ieliku kvantitatiivse kirjelduse musta auku genereeritavast ruumi-ajast, siis v\u00f5ib astrof\u00fc\u00fcsika seisukohast mustade aukude teema pidada suletuks. Kuid laiemas teoreetilises perspektiivis on veel palju v\u00f5imalusi uurimiseks. Selle peat\u00fcki eesm\u00e4rk on r\u00e4\u00e4kida m\u00f5ningatest kaasaegse mustade aukude f\u00fc\u00fcsika teoreetilistest saavutustest, kus termod\u00fcnaamika ja kvantteooria ideed liitu taeva geraiselte, luues ootamatult uusi kontseptsioone. Peamine m\u00f5te on see, et mustad augud ei ole vaid geomeetrilised objektid. Neil on temperatuur, nad omavad tohutut entroopiat ja v\u00f5ivad n\u00e4idata kvantsegadust. Meie arutlused mustade aukude f\u00fc\u00fcsika termod\u00fcnaamiliste ja kvanttasandi aspektide \u00fcle on pigem fragmendaarsed ja pinnapealsed, v\u00f5rreldes eelnevatest peat\u00fckkidest esitatud ruumi-aja puhtalt geomeetriliste tunnuste anal\u00fc\u00fcsiga. Kuid need, ja eelk\u00f5ige kvanttasandi aspektid, on olulised ja h\u00e4davajalikud osad mustade aukude teoreetilistest uuringutest, ja me p\u00fc\u00fcame edastada, kui mitte keerulisi detaile, siis v\u00e4hemalt nende t\u00f6\u00f6de vaimu.<\/p>\n

Klassikalises \u00fcldises suhtelisuse teoorias - kui r\u00e4\u00e4kida Einstein'i v\u00f5rrandite lahendite diferentsiaalgeomeetriast - on mustad augud t\u00f5eliselt mustad selles m\u00f5ttes, et neist ei suuda miski v\u00e4ljuda. Stephen Hawking n\u00e4itas, et see olukord muutub t\u00e4ielikult, kui me arvestame kvantm\u00f5jusid: mustad augud kiirgavad teatud temperatuuri kiirgust, mida tuntakse kui Hawking'i temperatuur. Astrof\u00fc\u00fcsiliste suuruste mustade aukude puhul (k.a. t\u00e4htmassi mustad augud kuni \u00fcli\u00f5hulise massiga) on Hawking'i temperatuur kosmilise mikrolainefoni temperatuuriga v\u00f5rreldes \u00fclimalt v\u00e4ike - see kiirgus t\u00e4idab kogu universumit ja seda v\u00f5ib muide ka pidada Hawking'i kiirguse variandiks. Hawking'i tehtud arvutused mustade aukude temperatuuride m\u00e4\u00e4ramiseks on osa ulatuslikumast teadusuuringute programmist, mida nimetatakse mustade aukude termod\u00fcnaamikaks. Teine suur osa sellest programmist h\u00f5lmab mustade aukude entropia uurimist, mis iseloomustab teavet, mis kaob musta augu sees. Tavalistel objektidel (nt veekruus, puhas magneesiumit\u00fckk v\u00f5i t\u00e4ht) on samuti entropia, ja \u00fcks mustade aukude termod\u00fcnaamika kesksetest v\u00e4idetest on see, et antud suurusega must auke omab suuremat entropiat kui \u00fcksk\u00f5ik milline muu ainevorm, mida saab mahutada sama suurusesse alasse, kuid ilma musta augu tekkimiseta.<\/p>\n

Kuid enne kui sukeldume s\u00fcgavale Hawkingi kiirguse ja mustade aukude entropia probleemide anal\u00fc\u00fcsimisse, teeme kiire \u00fclevaate kvantmehhaanika, termod\u00fcnaamika ja puntrumise valdkondadest. Kvantmehhaanika v\u00e4ljat\u00f6\u00f6tamine leidis aset peamiselt 1920. aastatel ja selle peamine eesm\u00e4rk oli kirjeldada v\u00e4ga v\u00e4ikeseid aineosakesi, nagu aatomid. Kvantmehhaanika areng t\u00f5i kaasa selliste f\u00fc\u00fcsika p\u00f5hikontseptsioonide h\u00e4gustumise nagu \u00fcksikute osakeste t\u00e4pne asukoht: selgus, et n\u00e4iteks elektroonide asukoht nende ringliikumisel aatomituuma \u00fcmber ei saa olla t\u00e4pselt m\u00e4\u00e4ratud. Selle asemel on elektronidele omistatud nn orbiidid, millel nende tegelikke asukohti saab m\u00e4\u00e4rata vaid t\u00f5en\u00e4osuslikus m\u00f5ttes. Meie eesm\u00e4rkide jaoks on siiski oluline, et me ei liiguks liiga kiiresti sellele \u2014 t\u00f5en\u00e4osuslikule \u2014 poole. V\u00f5tame k\u00f5ige lihtsama n\u00e4ite: vesinikatome. See v\u00f5ib olla teatud kvantolekus. Vesinikatomi k\u00f5ige lihtsam olek, mida kutsutakse p\u00f5hiolukorraks, on olek, millel on madalaim energia, ja see energia on t\u00e4pselt tuntud. \u00dcldisemalt \u00f6eldes v\u00f5imaldab kvantmehhaanika meil (p\u00f5him\u00f5tteliselt) teada iga kvants\u00fcsteemi seisu t\u00e4iesti t\u00e4pselt.<\/p>\n

T\u00f5en\u00e4osused tulevad m\u00e4ngu, kui k\u00fcsime teatud t\u00fc\u00fcpi k\u00fcsimusi kvantmehaanilise s\u00fcsteemi kohta. N\u00e4iteks, kui on kindel, et vesinikaatom on p\u00f5hiolekus, v\u00f5ime k\u00fcsida: \u00abKus elektron asub?\u00bb ja kvantmehaanika seaduste kohaselt saame sellele k\u00fcsimusele vaid mingi t\u00f5en\u00e4osuse hinnangu, ligikaudu midagi sellist nagu: \u00abt\u00f5en\u00e4oliselt asub elektron kuni poole angstreemi kaugusel vesinikaatomist\u00bb
\n\u00fcks angstreem v\u00f5rdub \"Mustrite meetrini). Kuid me saame teatud f\u00fc\u00fcsikalise protsessi kaudu leida elektroni asukoha palju t\u00e4psemalt kui \u00fche angstreemi t\u00e4psusega. See \u00fcsna tavaline f\u00fc\u00fcsikaprotsess seisneb selles, et lasta elektronile foton, millel on v\u00e4ga l\u00fchike lainepikkus (v\u00f5i nagu f\u00fc\u00fcsikud \u00fctlevad, hajutada foton elektroniga) \u2014 p\u00e4rast seda saame rekonstrueerida elektroni asukoha hajutamise hetkel t\u00e4psusega, mis on ligikaudu sama, mis fotoni lainepikkus. Kuid see protsess muudab elektroni olekut, nii et p\u00e4rast seda ei ole ta enam vesinikuaatomi p\u00f5hitasemes ja tal ei ole t\u00e4pselt m\u00e4\u00e4ratud energiat. K\u00fcll aga on tema asukoht m\u00f5nda aega peaaegu t\u00e4pselt m\u00e4\u00e4ratud (t\u00e4psusega vastavalt lainepikkusele, mida selleks fotoniks kasutati). Elektroni asukoha eelhinnangut saab teha ainult t\u00f5en\u00e4osuslikus m\u00f5ttes, t\u00e4psusega umbes \u00fche angstreemi, kuid niipea kui me selle m\u00f5\u00f5dame, teame me t\u00e4pselt, milline see oli. L\u00fchidalt \u00f6eldes, kui me m\u00f5nel viisil m\u00f5\u00f5dame kvantmehaanilist s\u00fcsteemi, siis v\u00e4hemalt \u00fcldiselt m\u00f5istetud m\u00f5ttes, siis me \u201esunnime\u201d selle olema olekusse, millel on m\u00e4\u00e4ratletud v\u00e4\u00e4rtus, mida m\u00f5\u00f5dame.<\/p>\n

Kvants\u00fcsteemide mehhaanika kehtib mitte ainult v\u00e4ikeste, vaid (nagu me arvame) ka k\u00f5ikide s\u00fcsteemide puhul, kuid suurte s\u00fcsteemide korral muutuvad kvantmehhaanika reeglid kiiresti v\u00e4ga keeruliseks. Peamine kontseptsioon on kvantse p\u00f5imunud olek, mille lihtsaks n\u00e4iteks on spin (p\u00f6\u00f6rde) m\u00f5isted. Individuaalsed elektronid omavad spini, seega praktikas v\u00f5ib \u00fcksik elektron omada spini, mis on suunatud \u00fcles v\u00f5i alla valitud ruumilise telje suhtes. Elektroni spin on vaatlev suurus, kuna elektron genereerib n\u00f5rga magnetv\u00e4lja, mis sarnaneb magneti v\u00e4ljadega. Seega t\u00e4hendab \u00fclespoole suunatud spin, et elektroni p\u00f5hja pooled osutavad alla, ja alla suunatud spin t\u00e4hendab, et p\u00f5hja pool \u201evaatab\u201c \u00fcles. Kaks elektroni v\u00f5ivad olla paigutatud p\u00f5imunud kvantolekusse, kus \u00fchel on spin \u00fcles ja teisel alla, kuid me ei saa \u00f6elda, millisel elektronil on milline spin. Tegelikult on heeliumi aatomi p\u00f5hiseisundis kaks elektroni just sellises seisundis, mida nimetatakse spinis\u00e4ngiks, kuna m\u00f5lema elektroni kogusumma spin on null. Kui me eraldame need kaks elektroni, muutmata nende spinte, saame j\u00e4tkata v\u00e4itmist, et nad on koos spinis\u00e4ngis, kuid me ei saa ikkagi \u00f6elda, mis spin on kummalgi eraldi. Kui me m\u00f5\u00f5dame \u00fche nende spini ja leiame, et see on \u00fcles, siis oleme t\u00e4iesti kindlad, et teine on alla. Selles olukorras r\u00e4\u00e4gime, et spinnid on p\u00f5imunud - kumbki ei oma kindlat v\u00e4\u00e4rtust, samas kui koos olles on nad kindlas kvantolekus.<\/p>\n

Einsteini muretses murette leidmise \u00fcle, mis n\u00e4ib ohustavat suhtelisuse teooria p\u00f5hialuseid. Vaatleme kahte elektroni spinni singletis, mis asuvad kaugel \u00fcksteisest ruumis. Oletame, et \u00fcks neist on Alice ja teine Bob. Kui Alice m\u00f5\u00f5dab oma elektroni spinni ja avastab, et see osutab \u00fcles, kuid Bob ei m\u00f5\u00f5da midagi. Enne, kui Alice oma m\u00f5\u00f5tmise teeb, ei ole v\u00f5imalik \u00f6elda, mis on tema elektroni spinni suund. Aga kohe p\u00e4rast m\u00f5\u00f5tmise l\u00f5petamist teab ta absoluutselt kindlalt, et Bobi elektroni spinni suund on allapoole (vastupidine tema enda elektroni spinni suunale). Kas see t\u00e4hendab, et tema m\u00f5\u00f5tmine t\u00f5i Bobi elektroni hetkega olukorda, kus tema spin on allapoole? Kuidas see oleks saanud juhtuda, kui elektronid on ruumis eraldatud? Einstein ja tema kolleegid Nathan Rosen ja Boris Podolsky tundsid, et m\u00f5\u00f5tmine seotud s\u00fcsteemide \u00fcle on nii t\u00f5sine, et see ohustab kvantmehaanika olemust. Nende formuleeritud Einstein-Podolsky-Roseni (EPR) paradoks kasutab m\u00f5tlekat katset, mis sarnaneb meie praegu kirjeldatule, et j\u00e4reldada: kvantmehaanika ei saa olla reaalsuse t\u00e4ielik kirjeldus. Praegu on \u00fcldine arvamus, tuginedes sellele j\u00e4rgnenud teoreetilistele uuringutele ja paljudele m\u00f5\u00f5tmistele, et EPR paradoks sisaldab viga ja kvantteooria on \u00f5ige. Kvantmehaaniline p\u00f5imimine on reaalsus: seotud s\u00fcsteemide m\u00f5\u00f5tmised n\u00e4itavad korrelatsiooni, isegi kui need s\u00fcsteemid on ruumiajaloos kaugel teineteisest.<\/p>\n

Naasume olukorda, kus asetame kaks elektroni spinni singlet seisundisse ja anname need Alicele ja Bobile. Mida me saame \u00f6elda elektronide kohta enne m\u00f5\u00f5tmiste tegemist? Et kokku on nad kindlas kvantolekus (spin-singlet). Alica elektroni spinni suund on v\u00f5rdselt t\u00f5en\u00e4oline, et see on \u00fcles v\u00f5i alla. T\u00e4psemalt, Alicale kuuluva elektroonika kvantolek v\u00f5ib olla v\u00f5rdse t\u00f5en\u00e4osusega kas \u00fcks (spin \u00fcles) v\u00f5i teine (spin alla). N\u00fc\u00fcd omandab t\u00f5en\u00e4osuse m\u00f5isted meie jaoks s\u00fcgavama t\u00e4henduse kui varem. Varem vaatasime kindlat kvantolekut (vesiniku aatomi p\u00f5hiseisund) ja n\u00e4gime, et on teatud \u201eebamugavad\u201d k\u00fcsimused, nagu n\u00e4iteks \u201eKus elektron asub?\u201d \u2014 k\u00fcsimused, millele vastused eksisteerivad ainult t\u00f5en\u00e4osuse m\u00f5ttes. Kui me k\u00fcsiksime \u201eh\u00e4id\u201d k\u00fcsimusi, nagu: \u201eMis on selle elektroni energia?\u201d, saaksime konkreetseid vastuseid. Aga n\u00fc\u00fcd ei ole \u201eh\u00e4id\u201d k\u00fcsimusi, mida me v\u00f5iksime Alicele kuuluva elektroni kohta k\u00fcsida, millele vastused ei s\u00f5ltuks Boba elektronist. (Me ei r\u00e4\u00e4gi rumalatest k\u00fcsimustest nagu \u201eKas Alicel on elektroni \u00fcldse spin?\u201d \u2014 k\u00fcsimustest, millele on ainult \u00fcks vastus.) Seega peame m\u00e4\u00e4rama lahendusele \u00fchepoolse segatud s\u00fcsteemi parameetrid, kasutades t\u00f5en\u00e4osuse keelt. Kindel teadlikkus tekib ainult siis, kui me vaatame seoseid k\u00fcsimuste vahel, mida Alica ja Bob oma elektronide kohta k\u00fcsida v\u00f5iksid.<\/p>\n

Me alustasime tahtlikult \u00fchest lihtsaimatest kvant-mehaanilistest s\u00fcsteemidest, mida me tunneme: \u00fcksikute elektronide spinni s\u00fcsteemist. On lootust, et sarnaste lihtsate s\u00fcsteemide alusel ehitatakse kvantarvuteid. \u00dcksikute elektronide spinni s\u00fcsteem v\u00f5i teised ekvivalentset kvant-s\u00fcsteemid nimetatakse n\u00fc\u00fcd kubittideks (l\u00fchend \u00abkvantbitid\u00bb), mis r\u00f5hutab nende rolli kvantarvutites, sarnaselt sellele, kuidas tavalised bitid toimivad digitaalsetes arvutites.<\/p>\n

Kujutame n\u00fc\u00fcd ette, et oleme asendanud iga elektroni palju keerukama kvants\u00fcsteemiga, millel on palju, mitte ainult kaks kvantolekut. N\u00e4iteks andsime Alicele ja Bobile puhtast magneesiumist tahvlid. Enne kui Alice ja Bob l\u00e4hevad oma teed eri suundades, saavad nende tahvlid omavahel suhelda ning lepime kokku, et sel ajal omandavad nad teatud \u00fchise kvantoleku. Kui Alice ja Bob lahkuvad, l\u00f5petavad nende magneesiumitahvlid suhtlemise. Nagu elektronide puhul, on iga tahvel m\u00e4\u00e4ramatust kvantolekus, kuigi koos, nagu me arvestame, moodustavad nad \u00fcsna m\u00e4\u00e4ratletud oleku. (Selles arutelus eeldame, et Alice ja Bob suudavad liikuda oma magneesiumitahvlitega, rikumatult nende sisemist olekut, just nagu varasemalt eeldasime, et Alice ja Bob saavad jagada oma ketratud elektrone, muutes nende spinne.) Kuid erinevus selle m\u00f5ttek eksperiment ja eksperiment elektronidega seisneb selles, et iga tahvli kvantoleku m\u00e4\u00e4ramatuse ulatus on tohutu. Tahvel v\u00f5ib omandada rohkem kvantolekuid kui universumis on aatomeid. Siit tuleb m\u00e4ngu termod\u00fcnaamika. V\u00e4ga ebat\u00e4pselt m\u00e4\u00e4ratletud s\u00fcsteemidel v\u00f5ivad siiski olla m\u00f5ned h\u00e4sti m\u00e4\u00e4ratletud makroskoopilised omadused. \u00dcks selline omadus on n\u00e4iteks temperatuur. Temperatuur on m\u00f5\u00f5de, mil m\u00e4\u00e4ral on s\u00fcsteemi mistahes osa p\u00e4rast kindlat keskmist energiat, kusjuures k\u00f5rgem temperatuur vastab suurema t\u00f5en\u00e4osusega suurema energia olemasolekule. Teine termod\u00fcnaamiline parameeter on Entroopia, mis p\u00f5him\u00f5tteliselt on v\u00f5rdne olekute logaritmiga, mida s\u00fcsteem v\u00f5ib omada. Veel \u00fcks termod\u00fcnaamiline omadus, mis oleks oluline magneesiumitahvli puhul, on selle kogusummaline magnetilisus, see t\u00e4hendab, et p\u00f5him\u00f5tteliselt n\u00e4itab see parameeter, kui palju rohkem v\u00f5ib tahvlis olla elektrone, mille spin on suunatud \u00fclespoole, kui neid, mille spin on suunatud allapoole.<\/p>\n

Meie juttudes kasutame termod\u00fcnaamikat s\u00fcsteemide kirjeldamiseks, mille kvantolekud on segunenud teiste s\u00fcsteemidega, tehes need t\u00e4pselt teadmata. Termod\u00fcnaamika on v\u00f5imas vahend selliste s\u00fcsteemide anal\u00fc\u00fcsimiseks, kuid selle loojad ei osanud sellist rakendust ette n\u00e4ha. Sadi Carnot, James Joule ja Rudolf Clausius olid 19. sajandi t\u00f6\u00f6stusrevolutsiooni tegelased, kellele oli k\u00f5ige praktilisem k\u00fcsimus: kuidas t\u00f6\u00f6tavad mootorid? R\u00f5hk, maht, temperatuur ja soojus on mootorite loomus. Carnot t\u00f5estas, et energia soojuse kujul ei saa kunagi t\u00e4ielikult muutuda kasulikuks t\u00f6\u00f6ks, n\u00e4iteks kaalu t\u00f5stmiseks. Osa energiast kulub alati raisku. Clausius andis olulise panuse entroopia idee loomisse kui universaalsesse t\u00f6\u00f6riista energia kaotuste m\u00e4\u00e4ramiseks igas soojuse protsessis. Tema peamine saavutus oli arusaamine, et entroopia ei v\u00e4henenud kunagi \u2014 peaaegu k\u00f5igis protsessides see suureneb. Protsessid, kus entroopia suurendab, nimetatakse p\u00f6\u00f6rdumatuks \u2014 just seet\u00f5ttu, et nad ei saa tagasi p\u00f6\u00f6rduda ilma entroopia v\u00e4henemiseta. J\u00e4rgmise sammu statistilise mehaanika arengus tegi Clausius koos Maxwelli ja Ludwig Boltzmanniga (paljude teiste seas) \u2014 nad n\u00e4itasid, et entroopia on kaose m\u00f5\u00f5t. Tavaliselt, mida rohkem te millegi kallal t\u00f6\u00f6tate, seda rohkem toote sinna kaost. Ja isegi kui olete v\u00e4lja t\u00f6\u00f6tanud protsessi, mille eesm\u00e4rk on korda luua, tekib selle k\u00e4igus alati rohkem entroopiat, kui saab h\u00e4vitada \u2014 n\u00e4iteks soojuse vabastamisel. T\u00f5stepink, mis asetab terasest talasid ideaalsesse j\u00e4rjekorda, loob j\u00e4rjekorra talade paigutuses, kuid selle t\u00f6\u00f6 k\u00e4igus eraldub nii palju soojust, et kogu entroopia kasvab ikkagi.<\/p>\n

Kuid vaatamata sellele ei ole XIX sajandi f\u00fc\u00fcsikute arusaam termod\u00fcnaamikast ja kvantp\u00f5imituse seisukohast nii suur erinevus kui esmapilgul tundub. Iga kord, kui s\u00fcsteem suhtleb v\u00e4lise agendiga, p\u00f5imub tema kvantolek agendi kvantolekuga. Tavaliselt viib see p\u00f5imumine s\u00fcsteemi kvantoleku ebakindluse suurenemiseni, teisis\u00f5nu, kvantolekute arvu suurenemiseni, milles s\u00fcsteem v\u00f5ib viibida. Teiste s\u00fcsteemidega suhtlemisel kasvab entropia, mida m\u00e4\u00e4ratletakse kui s\u00fcsteemile kergesti k\u00e4tte saadavate kvantolekute arvu.<\/p>\n

\u00dcldiselt annab kvantmehaanika uue viisi f\u00fc\u00fcsikaliste s\u00fcsteemide iseloomustamiseks, kus teatud parameetrid (nt asukoht ruumis) muutuvad m\u00e4\u00e4ramatuks, samas kui teised (nt energia) on sageli t\u00e4pselt teada. Kvantse segaduse korral on kahe p\u00f5him\u00f5tteliselt eraldi s\u00fcsteemi osa teadaolev \u00fchine kvantolek, samas kui iga osa eraldi on m\u00e4\u00e4ramatu olekus. T\u00fc\u00fcpiline n\u00e4ide segadusest on spinne paar singletolekus, kus ei ole v\u00f5imalik \u00f6elda, milline spin on \u00fcles ja milline all. Suure s\u00fcsteemi kvantoleku m\u00e4\u00e4ramatus n\u00f5uab termod\u00fcnaamilist l\u00e4henemist, kus makroskoopsed parameetrid, nagu temperatuur ja entropia, on teada suure t\u00e4psusega, vaatamata sellele, et s\u00fcsteemil on palju v\u00f5imalikke mikroskoopilisi kvantolekuid.<\/p>\n

L\u00f5petades meie l\u00fchikese ekskursiooni kvantmehaanika, segaduste ja termod\u00fcnaamika alal, proovime n\u00fc\u00fcd m\u00f5ista, kuidas k\u00f5ik see viib arusaamiseni, et mustadel aukudel on temperatuur. Esimese sammu selles suunas tegi Bill Unruh \u2014 ta n\u00e4itas, et kiirenev vaatleja tasases ruumis omab temperatuuri, mis on sama, mis tema kiirus, jagatuna 2\u03c0-ga. Unruh'i arvutuste v\u00f5ti on see, et vaatleja, kes liigub pideva kiirusena kindlas suunas, n\u00e4eb ainult poole tasasest ruumiajast. Teine pool j\u00e4\u00e4b sisuliselt horisondi taha, mis sarnaneb musta augu horisondile. Esialgu n\u00e4ib see v\u00f5imatuna: kuidas saab tasane ruumiaeg k\u00e4ituda nagu musta augu horisont? Selle m\u00f5istmiseks kutsume appi meie usaldusv\u00e4\u00e4rsed vaatlejad Alice, Bob ja Bill. Meie palumise peale nad j\u00e4rjestuvad ritta, kusjuures Alice on Bobi ja Billi vahel, ning vaatlusaegade vahel igas paaris on t\u00e4pselt 6 kilomeetrit. Oleme kokku leppinud, et null-momendil h\u00fcppab Alice raketti ja lendab Billile suunas (seega, Bobile vastupidises suunas) pideva kiirusena. Tal on v\u00e4ga hea rakett, mis suudab saavutada kiirus 1,5 triljonit korda suurem kui gravitatsioonikiirus, millega maapinna l\u00e4hedal asuvad objektid liiguvad. Loomulikult on Alicel selle kiirus hoidmine keeruline, kuid nagu me varsti n\u00e4eme, on need numbrid valitud teatud eesm\u00e4rgil; l\u00f5puks arutame lihtsalt potentsiaalseid v\u00f5imalusi, ja see on k\u00f5ik. Just sel hetkel, kui Alice h\u00fcppab raketti, lehvitavad Bob ja Bill talle k\u00e4ega. (Me v\u00f5ime \u00f5igusega kasutada v\u00e4ljendit 'just sel hetkel, kui ...', kuna kuni Alice ei ole veel lendama hakanud, on ta samas m\u00f5\u00f5tes\u00fcsteemis, mis Bob ja Bill, nii et nad saavad k\u00f5ik oma kellad kenasti s\u00fcnkroniseerida.) Lehvitavat Billit n\u00e4eb Alice kindlasti: t\u00f5si, olles raketis, n\u00e4eb ta teda varem, kui ta oleks n\u00e4inud, kui ta oleks seal, kus ta oli, sest tema rakett koos temaga lendab just tema suunas. Bobile aga, vastupidi, ta eemaldub, nii et me v\u00f5ime p\u00f5hjendatult eeldada, et ta n\u00e4eb, kuidas Bob talle lehvitab, paar sekundit hiljem, kui ta oleks n\u00e4inud, j\u00e4\u00e4des endisesse kohta. Ent t\u00f5de on veelgi \u00fcllatavam: Bobit ei n\u00e4e ta \u00fcldse! Teisis\u00f5nu, fotonid, mis lendavad lehvitava Bobi k\u00e4est Aliceni, ei j\u00f5ua talle kunagi kohale, isegi kui arvestada, et ta ei suuda kunagi saavutada valguse kiirus. Kui Bob oleks hakanud lehvitama, olles Alice'ist veidi l\u00e4hemal, siis fotonid, mis lahkusid temast just selle hetkel, j\u00f5uaksid Aliceni, ja kui ta oleks olnud veidi kaugemal, ei j\u00f5uaks nad kindlasti. Just sellises m\u00f5ttes \u00fctleme, et Alison n\u00e4eb vaid poole ruumiajast. Hetkel, kui Alice alustab liikumist, on Bob veidi kaugemal horisondist, mida Alice j\u00e4lgib.<\/p>\n

Meie arutelus kvantit\u00f5lgendusest oleme juba harjunud ideega, et isegi kui kvantmehhaaniline s\u00fcsteem tervikuna omab kindlat kvantolekut, v\u00f5ivad selle osad seda mitte omada. Tegelikult, kui arutame keerulist kvantk\u00e4itumist, v\u00f5ib m\u00f5ni selle osa olla k\u00f5ige paremini iseloomustatud termod\u00fcnaamika raames: sellele v\u00f5ib omistada t\u00e4iesti kindla temperatuuri, hoolimata kogu s\u00fcsteemi \u00e4\u00e4rmiselt m\u00e4\u00e4ramatust kvantolekust. Meie viimane lugu Alice'i, Bobi ja Billiga sarnaneb sellele olukorrale, kuid kvantk\u00e4itumine, millest me siin r\u00e4\u00e4gime, on t\u00fchi aegruum ja Alice n\u00e4eb ainult selle pooli. Olgu \u00f6eldud, et aegruum tervikuna on oma p\u00f5hiseisundis, mis t\u00e4hendab, et seal ei ole osakesi (muidugi mitte arvestades Alice'i, Bobi, Billi ja raketti). Kuid see aegruum, mida Alice n\u00e4eb, ei ole p\u00f5hiseisundis, vaid olekus, mis on segatud tema n\u00e4htamatuks j\u00e4\u00e4va osa juurde. Alice'i tajutav aegruum on keerulises m\u00e4\u00e4ramatuses kvantolekus, mida iseloomustab l\u00f5plik temperatuur. Unruh'i arvutused n\u00e4itavad, et see temperatuur on umbes 60 nanokelvini. Kokkuv\u00f5ttes, kiirus suurenedes sukeldub Alice justkui sooja kiirguse vannituppa, mille temperatuur on (sobivates \u00fchikutes) kiirus jagatuna \"Mustrite
\n
\n\"Mustrite<\/p>\n

Joonis 7.1. Alissa liikleb kiiruselt rahulikust olekust, samas kui Bob ja Bill j\u00e4\u00e4vad paigale. Alissa kiirus on selline, et ta ei n\u00e4e kunagi fotoneid, mida Bob saadab tema suunas hetkel t = 0. Siiski saab ta Billilt fotoneid, mis talle saadeti hetkel t = 0. Selle tulemusena on Alissa v\u00f5imeline j\u00e4lgima vaid \u00fcht poolu ajaruumist.<\/p>\n

Unru arvutuste kummalisus seisneb selles, et kuigi need ulatuvad algusest l\u00f5puni t\u00fchja ruumi, on nad vastuolus kuningas Lear'i tuntud s\u00f5nadega: \"mitte millestki ei tule mitte midagi\". Kuidas saab t\u00fchjas ruumis olla nii keeruline? Kust v\u00f5ivad seal tekkida osakesed? Asi on selles, et vastavalt kvantteooriale ei ole t\u00fchjas ruumis sugugi t\u00fchjus. Seal ilmuvad ja kaovad pidevalt l\u00fchiajalised erutusolukorrad, mida nimetatakse virtuaalseteks osakesteks, mille energia v\u00f5ib olla nii positiivne kui ka negatiivne. Kauge tuleviku vaatleja \u2014 nimetagem teda Caroliks \u2014, kes suudab n\u00e4ha praktiliselt kogu t\u00fchja ruumi, v\u00f5ib kinnitada, et seal ei ole p\u00fcsivalt eksisteerivaid osakesi. Samas on positiivse energia osakeste kohalolek selles ajaruumis, mille Alice suudab j\u00e4lgida, t\u00e4nu kvantseotusele seotud vastava ja vastupidise energia erutustega osakeste puhul, mida Alice ei suuda j\u00e4lgida. Kogu t\u00f5de t\u00fchja ajaruumiga seoses on Carolile avatud, ja see t\u00f5de on see, et seal pole osakesi. Kuid Alice'i kogemus \u00fctleb talle, et osakesed seal on!<\/p>\n

Aga siis tundub, et arvutatud Unru temperatuur on lihtsalt fiktiivne \u2014 see ei ole niiv\u00f5rd tasase ruumi omadus, kuiv\u00f5rd vaatleja omadus, kes kogeb tasases ruumis pidevat kiirendust. Siiski on ka gravitatsioon sarnaselt 'fiktiivne' j\u00f5ud selles m\u00f5ttes, et 'kiirus', mida see tekitab, on mitte midagi muud kui liikumine geodeesil k\u00f5verdatud meetrikas. Nagu oleme juba selgitanud peat\u00fckis 2, seisneb Einsteini ekvivalentsi printsiip selles, et kiirus ja gravitatsioon on olemuslikult ekvivalentsed. Seega pole midagi eriti \u0161okeerivat selles, et musta augu horisondil on temperatuur, mis on v\u00f5rdne kiireneva vaatleja arvutatud Unru temperatuuriga. Kuid v\u00f5ime k\u00fcsida, millist kiirusv\u00e4\u00e4rtust peaksime kasutama temperatuuri m\u00e4\u00e4ramiseks? Eemaldudes piisavalt kaugele mustast august, saame selle gravitatsioonilise t\u00f5uke mu teha niiv\u00f5rd n\u00f5rgaks kui soovime. Kas sellest j\u00e4reldub, et meie m\u00f5\u00f5detava musta augu efektiivse temperatuuri m\u00e4\u00e4ramiseks peaksime kasutama vastavat madalat kiirusv\u00e4\u00e4rtust? See k\u00fcsimus osutub \u00fcsna kavalaks, sest nagu me arvame, ei saa objekti temperatuur suvaliselt v\u00e4heneda. Eeldatakse, et sel on mingi fikseeritud l\u00f5plik v\u00e4\u00e4rtus, mida v\u00f5ib m\u00f5\u00f5ta isegi v\u00e4ga kauge vaatleja.
\n
Allikas: habr.com<\/a><\/p>","protected":false,"gt_translate_keys":[{"key":"rendered","format":"html"}]},"excerpt":{"rendered":"

\u0421 \u0414\u043d\u0435\u043c \u043a\u043e\u0441\u043c\u043e\u043d\u0430\u0432\u0442\u0438\u043a\u0438! \u041c\u044b \u0441\u0434\u0430\u043b\u0438 \u0432 \u0442\u0438\u043f\u043e\u0433\u0440\u0430\u0444\u0438\u044e \u00ab\u041c\u0430\u043b\u0435\u043d\u044c\u043a\u0443\u044e \u043a\u043d\u0438\u0433\u0443 \u043e \u0447\u0435\u0440\u043d\u044b\u0445 \u0434\u044b\u0440\u0430\u0445\u00bb. \u0418\u043c\u0435\u043d\u043d\u043e \u0432 \u044d\u0442\u0438 \u0434\u043d\u0438 \u0430\u0441\u0442\u0440\u043e\u0444\u0438\u0437\u0438\u043a\u0438 \u043f\u043e\u043a\u0430\u0437\u0430\u043b\u0438 \u0432\u0441\u0435\u043c\u0443 \u043c\u0438\u0440\u0443 \u043a\u0430\u043a \u0447\u0435\u0440\u043d\u044b\u0435 \u0434\u044b\u0440\u044b \u0432\u044b\u0433\u043b\u044f\u0434\u044f\u0442. \u0421\u043e\u0432\u043f\u0430\u0434\u0435\u043d\u0438\u0435? \u041d\u0435 \u0434\u0443\u043c\u0430\u0435\u043c \ud83d\ude09 \u0422\u0430\u043a \u0447\u0442\u043e \u0436\u0434\u0438\u0442\u0435, \u0441\u043a\u043e\u0440\u043e \u043f\u043e\u044f\u0432\u0438\u0442\u0441\u044f \u0443\u0434\u0438\u0432\u0438\u0442\u0435\u043b\u044c\u043d\u0430\u044f \u043a\u043d\u0438\u0433\u0430, \u043a\u043e\u0442\u043e\u0440\u0443\u044e \u043d\u0430\u043f\u0438\u0441\u0430\u043b\u0438 \u0421\u0442\u0438\u0432\u0435\u043d \u0413\u0430\u0431\u0441\u0435\u0440 \u0438 \u0424\u0440\u0430\u043d\u0441 \u041f\u0440\u0435\u0442\u043e\u0440\u0438\u0443\u0441, \u043f\u0435\u0440\u0435\u0432\u0435\u043b \u0437\u0430\u043c\u0435\u0447\u0430\u0442\u0435\u043b\u044c\u043d\u044b\u0439 \u043f\u0443\u043b\u043a\u043e\u0432\u0441\u043a\u0438\u0439 \u0430\u0441\u0442\u0440\u043e\u043d\u043e\u043c aka \u0410\u0441\u0442\u0440\u043e\u0434\u0435\u0434 \u041a\u0438\u0440\u0438\u043b\u043b \u041c\u0430\u0441\u043b\u0435\u043d\u043d\u0438\u043a\u043e\u0432, \u0441\u0434\u0435\u043b\u0430\u043b \u043d\u0430\u0443\u0447\u043d\u0443\u044e \u0440\u0435\u0434\u0430\u043a\u0442\u0443\u0440\u0443 \u043b\u0435\u0433\u0435\u043d\u0434\u0430\u0440\u043d\u044b\u0439 \u0412\u043b\u0430\u0434\u0438\u043c\u0438\u0440 […]<\/p>\n","protected":false,"gt_translate_keys":[{"key":"rendered","format":"html"}]},"author":1,"featured_media":23376,"comment_status":"open","ping_status":"open","sticky":false,"template":"","format":"standard","meta":{"footnotes":""},"categories":[702],"tags":[],"class_list":["post-31419","post","type-post","status-publish","format-standard","has-post-thumbnail","hentry","category-novosti-interneta"],"aioseo_notices":[],"aioseo_head":"\n\t\t\n\t\n\t\n\t\n\t\n\t\n\t\t\n\t\t\n\t\t\n\t\t\n\t\t\n\t\t\n\t\t\n\t\t\n\t\t\n\t\t\n\t\t\n\t\t\n\t\t\n\t\t\n\t\t\n\n","aioseo_head_json":{"title":"\ud83e\udd47Mustade aukude termod\u00fcnaamika | ProHoster","description":"Kosmonautika p\u00e4eva puhul! Oleme tr\u00fckisse andnud 'V\u00e4ikese raamatu mustadest aukudest'. Just nendel p\u00e4evadel n\u00e4itasid astrof\u00fc\u00fcsikud kogu maailmale, milledena mustad augud v\u00e4lja n\u00e4evad. Juhus? Ei usu ;) Nii et oodake, varsti ilmub imeline raamat, mille autoriteks on Steven Gabser ja Frans Pretorius, t\u00f5lkinud suurep\u00e4rane pulkovski astronoom aka Astroded Kirill Maslennikov, teaduslik redigeerimine legendaarse Vladimiri poolt.","canonical_url":"https:\/\/prohoster.info\/et\/blog\/novosti-interneta\/termodinamika-chernyh-dyr","robots":"max-image-preview:large","keywords":"","webmasterTools":{"miscellaneous":""},"schema":null,"og:locale":"et_EE","og:site_name":"ProHoster | \u041a\u0443\u043f\u0438\u0442\u044c \u043d\u0430\u0434\u0435\u0436\u043d\u044b\u0439 \u0445\u043e\u0441\u0442\u0438\u043d\u0433 \u0434\u043b\u044f \u0441\u0430\u0439\u0442\u043e\u0432 \u0441 \u0437\u0430\u0449\u0438\u0442\u043e\u0439 \u043e\u0442 DDoS, VPS VDS \u0441\u0435\u0440\u0432\u0435\u0440\u044b","og:type":"article","og:title":"\ud83e\udd47\u0422\u0435\u0440\u043c\u043e\u0434\u0438\u043d\u0430\u043c\u0438\u043a\u0430 \u0447\u0435\u0440\u043d\u044b\u0445 \u0434\u044b\u0440 | ProHoster","og:description":"\u0421 \u0414\u043d\u0435\u043c \u043a\u043e\u0441\u043c\u043e\u043d\u0430\u0432\u0442\u0438\u043a\u0438! \u041c\u044b \u0441\u0434\u0430\u043b\u0438 \u0432 \u0442\u0438\u043f\u043e\u0433\u0440\u0430\u0444\u0438\u044e \u00ab\u041c\u0430\u043b\u0435\u043d\u044c\u043a\u0443\u044e \u043a\u043d\u0438\u0433\u0443 \u043e \u0447\u0435\u0440\u043d\u044b\u0445 \u0434\u044b\u0440\u0430\u0445\u00bb. \u0418\u043c\u0435\u043d\u043d\u043e \u0432 \u044d\u0442\u0438 \u0434\u043d\u0438 \u0430\u0441\u0442\u0440\u043e\u0444\u0438\u0437\u0438\u043a\u0438 \u043f\u043e\u043a\u0430\u0437\u0430\u043b\u0438 \u0432\u0441\u0435\u043c\u0443 \u043c\u0438\u0440\u0443 \u043a\u0430\u043a \u0447\u0435\u0440\u043d\u044b\u0435 \u0434\u044b\u0440\u044b \u0432\u044b\u0433\u043b\u044f\u0434\u044f\u0442. \u0421\u043e\u0432\u043f\u0430\u0434\u0435\u043d\u0438\u0435? \u041d\u0435 \u0434\u0443\u043c\u0430\u0435\u043c ;) \u0422\u0430\u043a \u0447\u0442\u043e \u0436\u0434\u0438\u0442\u0435, \u0441\u043a\u043e\u0440\u043e \u043f\u043e\u044f\u0432\u0438\u0442\u0441\u044f \u0443\u0434\u0438\u0432\u0438\u0442\u0435\u043b\u044c\u043d\u0430\u044f \u043a\u043d\u0438\u0433\u0430, \u043a\u043e\u0442\u043e\u0440\u0443\u044e \u043d\u0430\u043f\u0438\u0441\u0430\u043b\u0438 \u0421\u0442\u0438\u0432\u0435\u043d \u0413\u0430\u0431\u0441\u0435\u0440 \u0438 \u0424\u0440\u0430\u043d\u0441 \u041f\u0440\u0435\u0442\u043e\u0440\u0438\u0443\u0441, \u043f\u0435\u0440\u0435\u0432\u0435\u043b \u0437\u0430\u043c\u0435\u0447\u0430\u0442\u0435\u043b\u044c\u043d\u044b\u0439 \u043f\u0443\u043b\u043a\u043e\u0432\u0441\u043a\u0438\u0439 \u0430\u0441\u0442\u0440\u043e\u043d\u043e\u043c aka \u0410\u0441\u0442\u0440\u043e\u0434\u0435\u0434 \u041a\u0438\u0440\u0438\u043b\u043b \u041c\u0430\u0441\u043b\u0435\u043d\u043d\u0438\u043a\u043e\u0432, \u0441\u0434\u0435\u043b\u0430\u043b \u043d\u0430\u0443\u0447\u043d\u0443\u044e \u0440\u0435\u0434\u0430\u043a\u0442\u0443\u0440\u0443 \u043b\u0435\u0433\u0435\u043d\u0434\u0430\u0440\u043d\u044b\u0439 \u0412\u043b\u0430\u0434\u0438\u043c\u0438\u0440","og:url":"https:\/\/prohoster.info\/et\/blog\/novosti-interneta\/termodinamika-chernyh-dyr","og:image":"https:\/\/prohoster.info\/wp-content\/uploads\/2021\/11\/logo-350.jpg","og:image:secure_url":"https:\/\/prohoster.info\/wp-content\/uploads\/2021\/11\/logo-350.jpg","og:image:width":350,"og:image:height":350,"article:published_time":"2019-10-31T18:41:09+00:00","article:modified_time":"2019-10-31T18:41:09+00:00","article:publisher":"https:\/\/www.facebook.com\/prohoster","article:author":"https:\/\/www.facebook.com\/prohoster"},"aioseo_meta_data":{"post_id":"31419","title":null,"description":null,"keywords":null,"keyphrases":null,"primary_term":null,"canonical_url":null,"og_title":null,"og_description":null,"og_object_type":"default","og_image_type":"default","og_image_url":null,"og_image_width":null,"og_image_height":null,"og_image_custom_url":null,"og_image_custom_fields":null,"og_video":null,"og_custom_url":null,"og_article_section":null,"og_article_tags":null,"twitter_use_og":false,"twitter_card":"default","twitter_image_type":"default","twitter_image_url":null,"twitter_image_custom_url":null,"twitter_image_custom_fields":null,"twitter_title":null,"twitter_description":null,"schema":{"blockGraphs":[],"customGraphs":[],"default":{"data":{"Article":[],"Course":[],"Dataset":[],"FAQPage":[],"Movie":[],"Person":[],"Product":[],"ProductReview":[],"Car":[],"Recipe":[],"Service":[],"SoftwareApplication":[],"WebPage":[]},"graphName":"","isEnabled":true},"graphs":[]},"schema_type":null,"schema_type_options":null,"pillar_content":false,"robots_default":true,"robots_noindex":false,"robots_noarchive":false,"robots_nosnippet":false,"robots_nofollow":false,"robots_noimageindex":false,"robots_noodp":false,"robots_notranslate":false,"robots_max_snippet":null,"robots_max_videopreview":null,"robots_max_imagepreview":"large","priority":null,"frequency":null,"local_seo":null,"seo_analyzer_scan_date":"2026-01-21 06:06:20","breadcrumb_settings":null,"limit_modified_date":false,"reviewed_by":null,"ai":null,"created":"2021-03-01 03:17:25","updated":"2026-01-21 06:06:20","focus_keyword":null,"additional_keywords":null,"truseo_locale":null},"gt_translate_keys":[{"key":"link","format":"url"}],"_links":{"self":[{"href":"https:\/\/prohoster.info\/et\/wp-json\/wp\/v2\/posts\/31419","targetHints":{"allow":["GET"]}}],"collection":[{"href":"https:\/\/prohoster.info\/et\/wp-json\/wp\/v2\/posts"}],"about":[{"href":"https:\/\/prohoster.info\/et\/wp-json\/wp\/v2\/types\/post"}],"author":[{"embeddable":true,"href":"https:\/\/prohoster.info\/et\/wp-json\/wp\/v2\/users\/1"}],"replies":[{"embeddable":true,"href":"https:\/\/prohoster.info\/et\/wp-json\/wp\/v2\/comments?post=31419"}],"version-history":[{"count":0,"href":"https:\/\/prohoster.info\/et\/wp-json\/wp\/v2\/posts\/31419\/revisions"}],"wp:featuredmedia":[{"embeddable":true,"href":"https:\/\/prohoster.info\/et\/wp-json\/wp\/v2\/media\/23376"}],"wp:attachment":[{"href":"https:\/\/prohoster.info\/et\/wp-json\/wp\/v2\/media?parent=31419"}],"wp:term":[{"taxonomy":"category","embeddable":true,"href":"https:\/\/prohoster.info\/et\/wp-json\/wp\/v2\/categories?post=31419"},{"taxonomy":"post_tag","embeddable":true,"href":"https:\/\/prohoster.info\/et\/wp-json\/wp\/v2\/tags?post=31419"}],"curies":[{"name":"wp","href":"https:\/\/api.w.org\/{rel}","templated":true}]}}