Космонавтика күні құтты болсын! Біз оны баспаханаға жібердік . Дәл осы күндері астрофизиктер бүкіл әлемге қара тесіктердің қандай болатынын көрсетті. Кездейсоқ па? Біз олай ойламаймыз😉 Күте тұрыңыз, жақын арада Стивен Габсер мен Франс Преториус жазған, керемет Пулково астрономы Астродедус Кирилл Масленников аударған, аты аңызға айналған Владимир Сурдин ғылыми өңдеген және оны жарыққа шығарумен қолдаған таңғажайып кітап шығады. Траекторияның негізі.
«Қара тесіктер термодинамикасы» кесіндісінің астындағы үзінді.
Осы уақытқа дейін біз қара тесіктерді супернованың жарылыстары кезінде пайда болған немесе галактикалардың орталықтарында жатқан астрофизикалық нысандар ретінде қарастырдық. Біз оларды жанама түрде оларға жақын жұлдыздардың үдеулерін өлшеу арқылы бақылаймыз. LIGO-ның 14 жылдың 2015 қыркүйегінде гравитациялық толқындарды анықтауы қара тесіктердің соқтығысуын тікелей бақылаудың мысалы болды. Қара тесіктердің табиғатын жақсырақ түсіну үшін біз қолданатын математикалық құралдар: дифференциалдық геометрия, Эйнштейн теңдеулері және Эйнштейн теңдеулерін шешу және қара тесіктер тудыратын кеңістік уақыт геометриясын сипаттау үшін қолданылатын қуатты аналитикалық және сандық әдістер. Ал қара құрдым тудырған кеңістік-уақыттың толық сандық сипаттамасын бере алсақ, астрофизикалық тұрғыдан қара құрдым тақырыбын жабық деп санауға болады. Кеңірек теориялық тұрғыдан алғанда, әлі де барлау үшін көп орын бар. Бұл тараудың мақсаты – термодинамика мен кванттық теорияның идеялары жалпы салыстырмалық теориясымен біріктіріліп, күтпеген жаңа концепцияларды тудыратын қазіргі заманғы қара тесік физикасының кейбір теориялық жетістіктерін көрсету. Негізгі идея - қара тесіктер тек геометриялық нысандар емес. Олардың температурасы бар, оларда орасан зор энтропия бар және олар кванттық шиеленістің көріністерін көрсете алады. Қара тесіктер физикасының термодинамикалық және кванттық аспектілері туралы талқылауларымыз алдыңғы тарауларда ұсынылған қара тесіктердегі кеңістік-уақыттың таза геометриялық ерекшеліктерін талдауға қарағанда біршама үзінді және үстірт болады. Бірақ бұл, әсіресе кванттық аспектілер қара дырылар бойынша жүргізіліп жатқан теориялық зерттеулердің маңызды және маңызды бөлігі болып табылады және біз күрделі бөлшектерді болмаса, кем дегенде осы жұмыстардың рухын жеткізуге тырысамыз.
Классикалық жалпы салыстырмалылық теориясында - егер Эйнштейн теңдеулерінің шешімдерінің дифференциалдық геометриясы туралы айтатын болсақ - қара тесіктер олардан ештеңе қашып құтыла алмайды деген мағынада шынымен қара. Стивен Хокинг кванттық әсерлерді есепке алғанда бұл жағдайдың толығымен өзгеретінін көрсетті: қара тесіктер Хокинг температурасы деп аталатын белгілі бір температурада сәуле шығаратын болады. Астрофизикалық өлшемдегі қара тесіктер үшін (яғни жұлдыздық массадан супермассивті қара тесіктерге дейін) Хокинг температурасы ғарыштық микротолқынды фонның температурасымен салыстырғанда шамалы - бүкіл Әлемді толтыратын радиация, айтпақшы, ол өзі жасай алады. Хокинг сәулеленуінің нұсқасы ретінде қарастырылады. Хокингтің қара тесіктердің температурасын анықтауға арналған есептеулері қара тесік термодинамикасы деп аталатын саладағы үлкенірек зерттеу бағдарламасының бөлігі болып табылады. Бұл бағдарламаның тағы бір үлкен бөлігі - қара құрдым ішіндегі жоғалған ақпарат көлемін өлшейтін қара тесік энтропиясын зерттеу. Кәдімгі объектілерде (мысалы, бір стакан су, таза магний блогы немесе жұлдыз) да энтропия бар және қара тесік термодинамикасының орталық мәлімдемелерінің бірі - берілген өлшемдегі қара тесіктің кез келген басқа формаға қарағанда көбірек энтропиясы бар. бірдей көлемдегі, бірақ қара дыры түзілмейтін аймақтың ішінде болуы мүмкін материя.
Бірақ біз Хокинг радиациясы мен қара тесік энтропиясына қатысты мәселелерге тереңірек үңілмес бұрын, кванттық механика, термодинамика және шиеленіс салаларына жылдам айналып өтейік. Кванттық механика негізінен 1920 жылдары жасалды және оның негізгі мақсаты заттың атомдар сияқты өте ұсақ бөлшектерін сипаттау болды. Кванттық механиканың дамуы жеке бөлшектің нақты орны сияқты физиканың негізгі ұғымдарының эрозиясына әкелді: мысалы, атом ядросының айналасында қозғалған кезде электронның орнын дәл анықтау мүмкін емес екені анықталды. Оның орнына электрондарға орбита деп аталатындар тағайындалды, оларда олардың нақты позициялары тек ықтималдық мағынада анықталуы мүмкін. Алайда, біздің мақсаттарымыз үшін заттардың осы ықтималдық жағына тым жылдам ауыспау маңызды. Ең қарапайым мысалды алайық: сутегі атомы. Ол белгілі бір кванттық күйде болуы мүмкін. Сутегі атомының негізгі күйі деп аталатын ең қарапайым күйі энергиясы ең аз күй болып табылады және бұл энергия дәл белгілі. Жалпы алғанда, кванттық механика бізге (негізінде) кез келген кванттық жүйенің күйін абсолютті дәлдікпен білуге мүмкіндік береді.
Кванттық механикалық жүйе туралы белгілі бір сұрақтарды қойғанда ықтималдықтар пайда болады. Мысалы, егер сутегі атомының негізгі күйде екеніне сенімді болсақ, біз: «Электрон қайда?» Деп сұрай аламыз. және кванттық заңдарға сәйкес
механика, біз бұл сұрақтың ықтималдығының кейбір бағасын ғана аламыз, шамамен: «мүмкін, электрон сутегі атомының ядросынан жарты ангстромға дейінгі қашықтықта орналасқан» (бір ангстром тең 
метр). Бірақ бізде белгілі бір физикалық процесс арқылы электронның орнын бір ангстромға қарағанда әлдеқайда дәлірек табуға мүмкіндік бар. Физикадағы бұл өте кең таралған процесс толқын ұзындығы өте қысқа фотонды электронға түсіруден тұрады (немесе физиктер айтқандай, фотонды электрон арқылы шашыратады) - содан кейін біз электронның шашырау сәтіндегі орнын қалпына келтіруге болады. дәлдігі шамамен толқын ұзындығы фотонына тең. Бірақ бұл процесс электронның күйін өзгертеді, содан кейін ол енді сутегі атомының негізгі күйінде болмайды және нақты анықталған энергияға ие болмайды. Бірақ біраз уақыттан кейін оның позициясы дәл дерлік анықталады (бұл үшін пайдаланылатын фотонның толқын ұзындығының дәлдігімен). Электронның орнын алдын ала бағалау бір ангстромға жуық дәлдікпен ықтималдық мағынада ғана жасалуы мүмкін, бірақ біз оны өлшегеннен кейін оның не екенін нақты білеміз. Қысқасы, егер біз кванттық механикалық жүйені қандай да бір жолмен өлшейтін болсақ, онда, кем дегенде, әдеттегі мағынада, біз оны өлшейтін шаманың белгілі бір мәні бар күйге «мәжбүрлейміз».
Кванттық механика тек шағын жүйелерге ғана емес, (біз сенеміз) барлық жүйелерге қатысты, бірақ үлкен жүйелер үшін кванттық механикалық ережелер тез өте күрделі болады. Негізгі ұғым – кванттық түйісу, оның қарапайым мысалы – спин ұғымы. Жеке электрондарда спин бар, сондықтан іс жүзінде бір электрон таңдалған кеңістік осіне қатысты жоғары немесе төмен бағытталған спинге ие болуы мүмкін. Электронның спині бақыланатын шама болып табылады, өйткені электрон магниттік жолақтың өрісіне ұқсас әлсіз магнит өрісін тудырады. Содан кейін айналдыру электронның солтүстік полюсінің төмен қарағанын, ал төмен қарай айналуы солтүстік полюстің жоғары бағытталғанын білдіреді. Екі электронды конъюгацияланған кванттық күйге қоюға болады, олардың біреуінің спині жоғары, екіншісінің спині төмен болады, бірақ қай электронның қандай спинге ие екенін анықтау мүмкін емес. Негізінде, гелий атомының негізгі күйінде екі электрон спиндік синглет деп аталатын дәл осы күйде болады, өйткені екі электронның жалпы спині нөлге тең. Егер біз осы екі электронды спиндерін өзгертпестен ажырататын болсақ, біз әлі де оларды бірге спиндік синглиттер деп айта аламыз, бірақ олардың әрқайсысының спинінің жеке қандай болатынын әлі айта алмаймыз. Енді олардың бірін өлшеп, оның жоғары бағытталғанын анықтасақ, екіншісінің төмен қарай бағытталғанына толық сенімді боламыз. Бұл жағдайда біз спиндер шиеленіскен деп айтамыз — екеуінің де өздігінен белгілі бір мәні жоқ, ал олар бірге белгілі кванттық күйде болады.
Эйнштейнді түйісу құбылысы қатты алаңдатты: ол салыстырмалылық теориясының негізгі принциптеріне қауіп төндіретін сияқты болды. Кеңістікте бір-бірінен алшақ орналасқан екі электронның спиндік күйдегі жағдайын қарастырайық. Сенімді болу үшін Алиса біреуін алсын, ал екіншісін Боб алсын. Айталық, Алиса өз электронының спинін өлшеп, оның жоғары бағытталғанын анықтады, бірақ Боб ештеңе өлшемеді. Алиса өлшеуді орындамайынша, оның электронының спинінің қандай екенін айту мүмкін болмады. Бірақ ол өлшеуді аяқтай салысымен, ол Боб электронының спинінің төменге (өзінің электронының спиніне қарама-қарсы бағытта) бағытталғанын толық білді. Бұл оның өлшеуі Бобтың электронын бірден айналдыру күйіне түсіретінін білдіре ме? Егер электрондар кеңістікте бөлінген болса, бұл қалай болуы мүмкін? Эйнштейн және оның әріптестері Натан Розен мен Борис Подольский шиеленіскен жүйелерді өлшеу тарихы соншалықты маңызды болғандықтан, кванттық механиканың өмір сүруіне қауіп төндірді. Олар тұжырымдаған Эйнштейн-Подольский-Розен парадоксы (EPR) кванттық механика шындықтың толық сипаттамасы бола алмайды деген қорытындыға келу үшін біз жаңа сипаттағанға ұқсас ойлау тәжірибесін пайдаланады. Енді кейінгі теориялық зерттеулер мен көптеген өлшеулер негізінде ЭПР парадоксында қате бар және кванттық теория дұрыс деген жалпы консенсус анықталды. Кванттық механикалық шиеленіс нақты: шиеленіскен жүйелердің өлшемдері, егер жүйелер кеңістікте бір-бірінен алыс болса да, өзара байланысты болады.
Екі электронды спиндік күйге қойып, Алиса мен Бобқа берген жағдайға оралайық. Өлшеулерді орындамас бұрын электрондар туралы не айта аламыз? Олардың екеуі бірге белгілі кванттық күйде (спин-синглет) болуы. Алиса электронының спинінің жоғары немесе төмен бағытталған болуы бірдей ықтимал. Дәлірек айтқанда, оның электронының кванттық күйі бірдей ықтималдықпен бір (спин жоғары) немесе екіншісі (төмен айналдыру) болуы мүмкін. Енді біз үшін ықтималдық ұғымы бұрынғыға қарағанда тереңірек мағынаға ие болды. Бұрын біз белгілі бір кванттық күйді (сутегі атомының негізгі күйі) қарастырдық және кейбір «ыңғайсыз» сұрақтардың бар екенін көрдік, мысалы, «электрон қайда?» - жауаптары тек ықтималдық мағынада болатын сұрақтар. «Бұл электронның энергиясы қандай?» сияқты «жақсы» сұрақтар қойсақ, нақты жауаптар алар едік. Енді Алиса электроны туралы қоя алатын «жақсы» сұрақтар жоқ, олардың жауаптары Боб электронына тәуелді емес. (Біз «Алиса электронының спині бар ма?» сияқты ақымақ сұрақтарды айтып отырған жоқпыз – бір ғана жауабы бар сұрақтар.) Сонымен, шиеленіскен жүйенің жартысының параметрлерін анықтау үшін бізге қажет болады. ықтималдық тілі. Әлис пен Боб олардың электрондары туралы қоятын сұрақтар арасындағы байланысты қарастырғанда ғана сенімділік туындайды.
Біз әдейі біз білетін ең қарапайым кванттық механикалық жүйелердің бірін: жеке электрондардың спиндер жүйесінен бастадық. Осындай қарапайым жүйелер негізінде кванттық компьютерлер құрастырылады деген үміт бар. Жеке электрондардың немесе басқа эквивалентті кванттық жүйелердің спиндік жүйесі енді сандық компьютерлердегі қарапайым биттердің атқаратын рөліне ұқсас кванттық компьютерлердегі рөлін баса көрсете отырып, кубиттер («кванттық биттердің» қысқашасы) деп аталады.
Енді біз әрбір электронды екі емес, көптеген кванттық күйлері бар әлдеқайда күрделі кванттық жүйемен ауыстырдық деп елестетіп көрейік. Мысалы, олар Алиса мен Бобқа таза магний барларын берді. Алиса мен Боб бөлек жолдармен кетпес бұрын, олардың жолақтары өзара әрекеттесе алады және осылайша олар белгілі бір жалпы кванттық күйге ие болады деп келісеміз. Алиса мен Боб ажырасқаннан кейін олардың магний барлары өзара әрекеттесуді тоқтатады. Электрондардағыдай, әрбір жолақ анықталмаған кванттық күйде болады, дегенмен олар бірге, біз ойлағандай, жақсы анықталған күйді құрайды. (Бұл пікірталаста біз Алиса мен Боб өздерінің ішкі күйлерін ешбір жолмен бұзбай магний жолақтарын жылжыта алады деп болжаймыз, дәл осылай бұрын Алиса мен Боб өздерінің шиеленіскен электрондарын спиндерін өзгертпестен ажырата алады деп болжағанымыздай.) Бірақ бар. айырмашылық Бұл ойлау тәжірибесі мен электронды эксперимент арасындағы айырмашылық әрбір жолақтың кванттық күйіндегі белгісіздік өте үлкен. Жолақ Әлемдегі атомдар санынан көп кванттық күйге ие болуы мүмкін. Бұл жерде термодинамика ойнайды. Өте дұрыс анықталмаған жүйелердің кейбір жақсы анықталған макроскопиялық сипаттамалары болуы мүмкін. Мұндай сипаттама, мысалы, температура. Температура - жүйенің кез келген бөлігінің белгілі бір орташа энергияға ие болу ықтималдығының өлшемі, ал жоғары температуралар үлкен энергияға ие болу ықтималдығына сәйкес келеді. Тағы бір термодинамикалық параметр - энтропия, ол негізінен жүйе қабылдай алатын күйлер санының логарифміне тең. Магний жолағы үшін маңызды болатын тағы бір термодинамикалық сипаттама оның таза магниттелуі болып табылады, бұл шын мәнінде барда айналдыратын электрондарға қарағанда, айналдыру электрондарының қаншалықты көп екенін көрсететін параметр.
Біз термодинамиканы өз тарихымызға кванттық күйлері басқа жүйелермен араласуына байланысты нақты белгісіз жүйелерді сипаттау тәсілі ретінде енгіздік. Термодинамика мұндай жүйелерді талдаудың қуатты құралы болып табылады, бірақ оны жасаушылар оны бұлай қолдануды мүлде ойламаған. Сади Карно, Джеймс Джоуль, Рудольф Клаузиус 19 ғасырдағы өнеркәсіптік революцияның қайраткерлері болды және оларды барлық сұрақтардың ішінде ең практикалық сұрақтар қызықтырды: қозғалтқыштар қалай жұмыс істейді? Қысым, көлем, температура және жылу қозғалтқыштардың еті мен қаны болып табылады. Карно жылу түріндегі энергия ешқашан жүкті көтеру сияқты пайдалы жұмысқа толығымен айналмайтынын анықтады. Кейбір энергия әрқашан босқа кетеді. Клаузиус жылумен байланысты кез келген процесс кезінде энергия жоғалуын анықтаудың әмбебап құралы ретінде энтропия идеясын құруға үлкен үлес қосты. Оның басты жетістігі энтропияның ешқашан төмендемейтінін түсіну болды - барлық дерлік процестерде ол өседі. Энтропия өсетін процестер қайтымсыз деп аталады, өйткені олар энтропия азаймай кері қайтарылмайды. Статистикалық механиканы дамыту жолындағы келесі қадамды Клаузиус, Максвелл және Людвиг Больцман (басқалардың арасында) жасады - олар энтропияның тәртіпсіздік өлшемі екенін көрсетті. Әдетте, сіз бір нәрсеге неғұрлым көп әрекет етсеңіз, соғұрлым көп тәртіпсіздік жасайсыз. Тіпті мақсаты тәртіпті қалпына келтіру болып табылатын процесті жобаласаңыз да, ол сөзсіз жойылғаннан гөрі көбірек энтропия жасайды, мысалы, жылуды шығару арқылы. Болат арқалықтарды мінсіз тәртіппен орналастыратын кран арқалықтардың орналасуына байланысты тәртіп жасайды, бірақ оның жұмысы кезінде ол жылуды шығаратыны сонша, жалпы энтропия әлі де артады.
Дегенмен, 19 ғасыр физиктерінің термодинамика көзқарасы мен кванттық шиеленіске байланысты көзқарас арасындағы айырмашылық көрінгендей үлкен емес. Жүйе сыртқы агентпен әрекеттескен сайын оның кванттық күйі агенттің кванттық күйімен шатастырылады. Әдетте, бұл шиеленіс жүйенің кванттық күйінің белгісіздігінің артуына, басқаша айтқанда, жүйе болуы мүмкін кванттық күйлердің санының артуына әкеледі. Басқа жүйелермен өзара әрекеттесу нәтижесінде жүйеге қолжетімді кванттық күйлердің саны бойынша анықталған энтропия әдетте артады.
Жалпы алғанда, кванттық механика физикалық жүйелерді сипаттаудың жаңа әдісін ұсынады, онда кейбір параметрлер (кеңістіктегі позиция сияқты) белгісіз болады, бірақ басқалары (мысалы, энергия) жиі сенімділікпен белгілі. Кванттық шиеленіс жағдайында жүйенің екі түбегейлі бөлек бөлігінің белгілі жалпы кванттық күйі болады, ал әрбір бөліктің жеке белгісіз күйі болады. Шатасудың стандартты мысалы - синглет күйіндегі жұп айналдыру, онда қай айналдыру жоғары, қайсысы төмен екенін анықтау мүмкін емес. Үлкен жүйедегі кванттық күйдің белгісіздігі жүйеде көптеген ықтимал микроскопиялық кванттық күйлер болса да, температура мен энтропия сияқты макроскопиялық параметрлер үлкен дәлдікпен белгілі болатын термодинамикалық тәсілді қажет етеді.
Кванттық механика, түйісу және термодинамика салаларына қысқаша экскурсиямызды аяқтағаннан кейін, енді мұның бәрі қара тесіктердің температурасы бар екенін түсінуге қалай әкелетінін түсінуге тырысайық. Бұған алғашқы қадамды Билл Унрух жасады - ол жазық кеңістіктегі үдеуші бақылаушының 2π-ге бөлінген үдеуіне тең температура болатынын көрсетті. Unruh есептеулерінің кілті - белгілі бір бағытта тұрақты үдеумен қозғалатын бақылаушы жазық кеңістік уақытының жартысын ғана көре алады. Екінші жартысы негізінен қара құрдымға ұқсас көкжиектің артында. Алғашында бұл мүмкін емес болып көрінеді: жазық кеңістік уақыт қалай қара құрдымның көкжиегі сияқты әрекет ете алады? Мұның қалай болатынын түсіну үшін біздің адал бақылаушыларымыз Элис, Боб және Биллді көмекке шақырайық. Біздің өтінішіміз бойынша олар Алиса Боб пен Биллдің арасында сапқа тұрады және әр жұптағы бақылаушылар арасындағы қашықтық дәл 6 шақырымды құрайды. Біз нөлдік уақытта Алиса зымыранға секіріп, Биллге (сондықтан Бобтан алыс) тұрақты үдеумен ұшатынына келістік. Оның зымыраны өте жақсы, ол Жер бетіне жақын орналасқан объектілер қозғалатын гравитациялық үдеуден 1,5 триллион есе жоғары үдеуді дамытуға қабілетті. Әрине, Алисаға мұндай жеделдетуге төтеп беру оңай емес, бірақ қазір көретініміздей, бұл сандар белгілі бір мақсат үшін таңдалған; күннің соңында біз әлеуетті мүмкіндіктерді ғана талқылап жатырмыз, барлығы осы. Дәл Алиса зымыранына секірген сәтте Боб пен Билл оған қол бұлғады. (Бізде «дәл осы уақытта ...» деген сөзді қолдануға құқығымыз бар, өйткені Алиса ұшуды әлі бастамағанымен, ол Боб пен Билл сияқты анықтамалық шеңберде, сондықтан олардың барлығы сағаттарын синхрондауы мүмкін. .) Қол бұлғап тұрған Алиса, әрине, Биллді көреді: алайда, зымыранның ішінде болған ол, егер ол тұрған орнында қалса, мұны ертерек көреді, өйткені онымен бірге зымыран оған қарай дәл ұшып келеді. Керісінше, ол Бобтан алыстайды, сондықтан ол оның бір жерде қалғанын көргеннен сәл кейінірек оған қол бұлғап тұрғанын көреді деп болжауға болады. Бірақ шындық одан да таң қалдырады: ол Бобты мүлдем көрмейді! Басқаша айтқанда, Бобтың бұлғалған қолынан Алисаға ұшатын фотондар оны ешқашан қуып жете алмайды, тіпті оның ешқашан жарық жылдамдығына жете алмайтынын ескерсек. Егер Боб Алисаға сәл жақындай отырып, қол бұлғай бастаса, ол кетіп бара жатқан сәтте одан ұшып кеткен фотондар оны басып озар еді, ал егер ол сәл алыс болса, олар оны қуып жетпес еді. Дәл осы мағынада біз Алиса ғарыштық уақыттың жартысын ғана көреді деп айтамыз. Алиса қозғала бастағанда, Боб Алиса бақылаған көкжиектен сәл ұзағырақ.
Кванттық шиеленісті талқылауда біз кванттық механикалық жүйе тұтастай алғанда белгілі бір кванттық күйге ие болса да, оның кейбір бөліктерінде ол болмауы мүмкін деген ойға үйреніп қалдық. Шын мәнінде, біз күрделі кванттық жүйені талқылағанда, оның кейбір бөлігін термодинамика тұрғысынан дәлірек сипаттауға болады: оған бүкіл жүйенің өте белгісіз кванттық күйіне қарамастан, жақсы анықталған температура тағайындалуы мүмкін. Алиса, Боб және Биллге қатысты біздің соңғы әңгімеміз осы жағдайға ұқсайды, бірақ бұл жерде біз айтып отырған кванттық жүйе бос кеңістік уақыты, ал Алиса оның жартысын ғана көреді. Кеңістік-уақыт тұтастай өзінің негізгі күйінде екенін ескертейік, яғни онда ешқандай бөлшектер жоқ (әрине, Алиса, Боб, Билл және ракетаны есептемегенде). Бірақ Алиса көретін кеңістік-уақыт бөлігі негізгі күйде емес, оның ол көрмейтін бөлігімен араласқан күйде болады. Алиса қабылдаған кеңістік-уақыт шекті температурамен сипатталатын күрделі, анықталмаған кванттық күйде. Unruh есептеулері бұл температураның шамамен 60 нанокельвин екенін көрсетеді. Қысқасы, Алиса үдеу кезінде, ол үдеуге бөлінген температураға тең (тиісті бірліктерде) жылы сәулелену ваннасына батырылған сияқты.
Күріш. 7.1. Алиса тыныштықтан үдеумен қозғалады, ал Боб пен Билл қозғалыссыз қалады. Алисаның үдеуі дәл сондай, ол Боб t = 0 кезінде жіберген фотондарды ешқашан көрмейді. Дегенмен, ол t = 0 кезінде Билл жіберген фотондарды алады. Нәтижесінде Алиса кеңістік уақытының жартысын ғана бақылай алады.
Унрухтың есептеулеріндегі таңғаларлық нәрсе, олар басынан аяғына дейін бос кеңістікке сілтеме жасағанымен, Король Лирдің әйгілі «жоқтан ештеңе шықпайды» деген сөзіне қайшы келеді. Қалайша бос кеңістік соншалықты күрделі болуы мүмкін? Бөлшектер қайдан келуі мүмкін? Өйткені, кванттық теория бойынша бос кеңістік мүлдем бос емес. Онда, мұнда және мұнда энергиясы оң және теріс болуы мүмкін виртуалды бөлшектер деп аталатын қысқа мерзімді қозулар үнемі пайда болады және жоғалады. Бос кеңістіктің барлығын дерлік көре алатын алыс болашақтағы бақылаушы - оны Кэрол деп атаймыз - онда ұзақ уақытқа созылатын бөлшектер жоқ екенін растай алады. Оның үстіне, кванттық шиеленістің арқасында Алиса бақылай алатын кеңістік-уақыт бөлігінде оң энергиясы бар бөлшектердің болуы, Алиса үшін бақыланбайтын кеңістік-уақыт бөлігіндегі энергияның тең және қарама-қарсы таңбалы қозуымен байланысты. Кэролға тұтастай бос кеңістік уақыт туралы барлық шындық ашылды және бұл шындық онда бөлшектер жоқ. Алайда Алисаның тәжірибесі оған бөлшектердің бар екенін айтады!
Бірақ содан кейін Унрух есептеген температура жай ғана ойдан шығарылған сияқты көрінеді - бұл жазық кеңістіктің қасиеті емес, керісінше жазық кеңістікте тұрақты үдеуді бастан кешіретін бақылаушының қасиеті. Дегенмен, гравитацияның өзі сол «жалған» күш, өйткені ол тудыратын «жедету» қисық метрикадағы геодезиялық қозғалыстан басқа ештеңе емес. 2-тарауда түсіндірілгеніміздей, Эйнштейннің эквиваленттілік принципі үдеу мен ауырлық күшінің мәні бойынша эквивалент екенін айтады. Осы тұрғыдан алғанда, қара құрдымның көкжиегінің Унрухтың үдеткіш бақылаушының температурасын есептеуіне тең температураға ие болуының ерекше таң қалдыратын ештеңесі жоқ. Бірақ біз температураны анықтау үшін қандай үдеу мәнін қолдануымыз керек деп сұрай аламыз ба? Қара дырыдан жеткілікті алыстау арқылы біз оның гравитациялық тартылуын өзіміз қалағандай әлсіз ете аламыз. Бұл біз өлшейтін қара тесіктің тиімді температурасын анықтау үшін сәйкесінше шағын үдеу мәнін пайдалану керек дегенді білдіре ме? Бұл сұрақ өте жасырын болып шығады, өйткені, біз ойлағандай, объектінің температурасы ерікті түрде төмендей алмайды. Оның тіпті өте алыстағы бақылаушы да өлшей алатын белгілі бір бекітілген шекті мәні бар деп болжанады.
Ақпарат көзі: www.habr.com