Космонавтика күнү менен! Аны басмаканага жөнөттүк . Дал ушул күндөрү астрофизиктер кара тешиктердин кандай экенин бүт дүйнөгө көрсөтүштү. Кокустукпу? Биз андай деп ойлобойбуз 😉 Күтө туруңуз, жакында Стивен Габсер жана Франс Преториус тарабынан жазылган, укмуштуудай Пулково астроному Астродедус Кирилл Масленников тарабынан которулган, легендарлуу Владимир Сурдин тарабынан илимий редакцияланган жана анын басылышы менен колдоого алынган укмуштуудай китеп чыгат. Траекториянын фонду.
«Кара тешиктердин термодинамикасы» үзүндүсү.
Ушул убакка чейин биз кара тешиктерди супернова жарылуулар учурунда пайда болгон же галактикалардын борборлорунда жаткан астрофизикалык объекттер катары карап келгенбиз. Биз аларга жакын жылдыздардын ылдамданууларын өлчөө аркылуу кыйыр түрдө байкайбыз. 14-жылдын 2015-сентябрында LIGOнун белгилүү гравитациялык толкундарды аныктоосу кара тешиктердин кагылышуусун түз байкоолордун мисалы болгон. Кара тешиктердин табиятын жакшыраак түшүнүү үчүн колдонгон математикалык куралдарыбыз: дифференциалдык геометрия, Эйнштейндин теңдемелери жана Эйнштейндин теңдемелерин чечүү жана кара тешиктер пайда кылган мейкиндик-убакыт геометриясын сүрөттөө үчүн колдонулган күчтүү аналитикалык жана сандык ыкмалар. Ал эми биз кара тешик тарабынан пайда болгон мейкиндик-убакыттын толук сандык сыпаттамасын бере аларыбыз менен астрофизикалык көз караштан алганда, кара тешиктердин темасын жабык деп эсептесек болот. Кеңири теориялык көз караштан алганда, чалгындоо үчүн дагы көп орун бар. Бул бөлүмдүн максаты - термодинамика жана кванттык теориянын идеялары жалпы салыштырмалуулук менен айкалышып, күтүлбөгөн жаңы концепцияларды пайда кылган заманбап кара тешиктердин физикасынын кээ бир теориялык жетишкендиктерин көрсөтүү. Негизги идея кара тешиктер жөн гана геометриялык объекттер эмес. Аларда температура бар, алар эбегейсиз энтропияга ээ жана кванттык чырмалуунун көрүнүштөрүн көрсөтө алышат. Кара тешиктердин физикасынын термодинамикалык жана кванттык аспектилери боюнча биздин талкууларыбыз мурунку бөлүмдөрдө берилген кара тешиктердеги мейкиндик-убакыттын геометриялык геометриялык өзгөчөлүктөрүн талдоого караганда көбүрөөк фрагменттүү жана үстүртөн болот. Бирок булар, өзгөчө кванттык аспектилер кара тешиктер боюнча жүрүп жаткан теориялык изилдөөлөрдүн маанилүү жана маанилүү бөлүгү болуп саналат жана биз татаал деталдарды, жок дегенде, бул иштердин рухун жеткирүүгө абдан аракет кылабыз.
Классикалык жалпы салыштырмалуулукта - эгер Эйнштейндин теңдемелеринин чечимдеринин дифференциалдык геометриясы жөнүндө айтсак - кара тешиктер алардан эч нерсе качып кутула албайт деген мааниде чындап эле кара. Стивен Хокинг кванттык эффекттерди эске алганда бул абалдын толугу менен өзгөрөрүн көрсөттү: кара тешиктер Хокинг температурасы деп аталган белгилүү бир температурада радиация чыгарышат. Астрофизикалык өлчөмдөгү кара тешиктер үчүн (башкача айтканда, жылдыз массасынан супермассивдүү кара тешиктерге чейин) Хокингдин температурасы космостук микротолкундуу фондун температурасына салыштырмалуу анча деле маанилүү эмес - бүт ааламды толтурган радиация, демек, алар өзүн Хокинг радиациясынын бир варианты катары кароого болот. Хокингдин кара тешиктердин температурасын аныктоо үчүн жасаган эсептөөлөрү кара тешиктердин термодинамикасы деп аталган тармактагы чоң изилдөө программасынын бир бөлүгү. Бул программанын дагы бир чоң бөлүгү кара тешиктин ичиндеги жоголгон маалыматтын көлөмүн өлчөй турган кара тешиктердин энтропиясын изилдөө. Жөнөкөй объекттер (мисалы, бир кружка суу, таза магний блогу же жылдыз) да энтропияга ээ жана кара тешик термодинамикасынын борбордук жоболорунун бири - берилген өлчөмдөгү кара тешик башка формаларга караганда көбүрөөк энтропияга ээ. бирдей өлчөмдөгү, бирок кара тешик пайда болбостон камтыла турган материянын.
Бирок Хокингдин радиациясынын жана кара тешиктердин энтропиясынын айланасындагы маселелерге тереңдеп кирүүдөн мурун, келгиле, кванттык механика, термодинамика жана чырмалыш тармактарына кыскача кайрылып көрөлү. Кванттык механика негизинен 1920-жылдары иштелип чыккан жана анын негизги максаты заттын атомдор сыяктуу өтө майда бөлүкчөлөрүн сүрөттөө болгон. Кванттык механиканын өнүгүшү жеке бөлүкчөнүн так абалы сыяктуу физиканын негизги түшүнүктөрүнүн эрозиясына алып келди: мисалы, атомдук ядронун айланасында кыймылдаган электрондун абалын так аныктоо мүмкүн эмес экени белгилүү болду. Анын ордуна электрондорго орбита деп аталган, алардын иш жүзүндөгү ордун ыктымалдык мааниде гана аныктоого болот. Бирок биздин максаттарыбыз үчүн иштин бул ыктымалдуу тарабына өтө тез өтпөө маанилүү. Эң жөнөкөй мисалды алалы: суутек атому. Ал белгилүү бир кванттык абалда болушу мүмкүн. Суутек атомунун негизги абалы деп аталган эң жөнөкөй абалы эң аз энергияга ээ болгон абал жана бул энергия так белгилүү. Жалпысынан алганда, кванттык механика бизге (негизинде) ар кандай кванттык системанын абалын абсолюттук тактык менен билүүгө мүмкүндүк берет.
Кванттык механикалык система жөнүндө кандайдыр бир суроолорду бергенде ыктымалдуулуктар пайда болот. Мисалы, бир суутек атомунун негизги абалда экени анык болсо, биз: «Электрон кайда?» деп сурасак болот. жана кванттык закондор боюнча
механика, биз бул суроонун ыктымалдуулугуна бир аз гана баа алабыз, болжол менен: "балким, электрон суутек атомунун ядросунан жарым ангстром аралыкта жайгашкан" (бир ангстром барабар 
метр). Бирок бизде белгилүү бир физикалык процесс аркылуу электрондун абалын бир ангстромго караганда алда канча так табуу мүмкүнчүлүгү бар. Бул физикада кеңири таралган процесс өтө кыска толкун узундуктагы фотонду электронго атуу (же физиктер айткандай, фотонду электрон аркылуу чачыртуу) кирет - андан кийин биз электрондун чачыраган учурда жайгашкан ордун тактык менен кайра түзө алабыз болжол менен толкун узундуктагы фотонго барабар. Бирок бул процесс электрондун абалын өзгөртөт, ошондон кийин ал суутек атомунун негизги абалында болбойт жана так аныкталган энергияга ээ болбойт. Бирок бир канча убакытка чейин анын орду дээрлик так аныкталат (бул үчүн колдонулган фотондун толкун узундугунун тактыгы менен). Электрондун абалын болжолдуу түрдө болжолдуу түрдө болжол менен бир ангстром тактык менен алдын ала баалоого болот, бирок биз аны ченегенден кийин анын эмне болгонун так билебиз. Кыскача айтканда, эгер биз кванттык механикалык системаны кандайдыр бир жол менен өлчөй турган болсок, анда, жок эле дегенде, шарттуу мааниде, биз аны өлчөгөн чоңдуктун белгилүү бир мааниси бар абалга "мажбурлайбыз".
Кванттык механика кичинекей системаларга гана эмес, (биз ишенебиз) бардык системаларга тиешелүү, бирок чоң системалар үчүн кванттык механикалык эрежелер тез эле өтө татаал болуп калат. Негизги түшүнүк – бул кванттык чырмалыш, анын жөнөкөй мисалы – спин түшүнүгү. Жеке электрондор спинге ээ, ошондуктан иш жүзүндө бир электрон тандалган мейкиндик огуна карата өйдө же ылдый багытталган спинге ээ болушу мүмкүн. Электрондун спини байкала турган чоңдук болуп саналат, анткени электрон магнит тилкесинин талаасына окшош алсыз магнит талаасын пайда кылат. Андан кийин айлануу электрондун түндүк уюлунун ылдый карагандыгын билдирет, ал эми ылдый айлануу түндүк уюлдун өйдө караганын билдирет. Эки электрон конъюгацияланган квант абалына жайгаштырылышы мүмкүн, алардын бири өйдө, экинчиси төмөндөө спинине ээ, бирок кайсы электрондун спинине ээ экенин аныктоо мүмкүн эмес. Негизи, гелий атомунун негизги абалында эки электрон дал ушундай абалда болот, алар спиндик синглет деп аталат, анткени эки электрондун тең спини нөлгө барабар. Эгерде бул эки электронду спиндерин өзгөртпөстөн ажыратсак, алар чогуу спиндик синглиттер деп айта алабыз, бирок экөөнүн тең спининин жекече кандай болорун дагы эле айта албайбыз. Эми алардын бир айлануусун өлчөп, анын өйдө багытталганын аныктасак, экинчисинин ылдый карай багытталганына толук ишенебиз. Бул жагдайда, биз спиндер чырмалышкан деп айтабыз — өзү да белгилүү бир мааниге ээ эмес, бирок алар чогуу белгилүү кванттык абалда болушат.
Эйнштейнди чырмалышып калуу феномени абдан тынчсыздандырган: ал салыштырмалуулук теориясынын негизги принциптерине коркунуч келтиргендей болгон. Келгиле, эки электрондун мейкиндикте бири-биринен абдан алыс жайгашкан спиндик абалын карап көрөлү. Ырас, алардын бирин Алиса, экинчисин Боб алсын. Айталы, Алиса өзүнүн электронунун спинин өлчөп, анын өйдө багытталганын байкады, бирок Боб эч нерсе өлчөгөн жок. Алиса өлчөө жасаганга чейин, анын электронунун спининин эмне экенин айтуу мүмкүн эмес болчу. Бирок ал өлчөөнү аяктаары менен Бобдун электронунун спини ылдыйга (өз электронунун спинине карама-каршы багытта) багытталганын так билди. Бул анын өлчөөлөрү Бобдун электронун бир заматта айлануу абалына келтирет дегенди билдиреби? Электрондор мейкиндикте бөлүнгөн болсо, бул кантип болушу мүмкүн? Эйнштейн жана анын кызматташтары Натан Розен жана Борис Подольский чырмалышкан системаларды өлчөө окуясы ушунчалык олуттуу болгондуктан, кванттык механиканын бар экендигине коркунуч туудурган деп ойлошкон. Алар түзгөн Эйнштейн-Подольский-Розен парадоксу (EPR) кванттык механика чындыктын толук сүрөттөлүшү боло албайт деген тыянак чыгаруу үчүн биз айтып өткөнгө окшош ой жүгүртүү экспериментин колдонот. Эми, кийинки теориялык изилдөөлөрдүн жана көптөгөн өлчөөлөрдүн негизинде ЭПР парадоксунда ката бар жана кванттык теория туура деген жалпы консенсус аныкталды. Кванттык механикалык чыр-чатак реалдуу: чырмалышкан системалардын өлчөөлөрү системалар мейкиндикте бир-биринен алыс болсо да, корреляцияланат.
Келгиле, эки электронду спиндик абалга салып, Алиса менен Бобго берген жагдайга кайрылып көрөлү. Өлчөөлөр жасалганга чейин электрондор жөнүндө эмне айта алабыз? Экөө тең белгилүү кванттык абалда (спин-синглет) болушат. Алисанын электронунун айлануусу бирдей жогору же ылдый багытталган. Тагыраак айтканда, анын электронунун кванттык абалы бирдей ыктымалдуулук менен бир (жогорулатуу) же экинчиси (ылдый айлануу) болушу мүмкүн. Эми биз үчүн ыктымалдуулук түшүнүгү мурункуга караганда тереңирээк мааниге ээ. Мурда биз белгилүү бир кванттык абалды (суутек атомунун негизги абалы) карап көрдүк жана кээ бир «ыңгайсыз» суроолор бар экенин көрдүк, мисалы, «электрон кайда?» деген суроолорго жооптор ыктымалдык мааниде гана бар. «Бул электрондун энергиясы кандай?» деген сыяктуу «жакшы» суроолорду берсек, так жооп алмакпыз. Эми, биз Бобдун электронуна көз каранды жооптору жок Алиса электрону жөнүндө бере турган эч кандай "жакшы" суроолор жок. (Биз «Алисанын электронунун спини барбы?» сыяктуу акылсыз суроолорду айтып жаткан жокпуз - бир гана жообу бар суроолор.) Ошентип, чырмалышкан системанын жарымынын параметрлерин аныктоо үчүн, биз колдонушубуз керек болот. ыктымалдык тил. Элис менен Боб алардын электрондору жөнүндө сурашы мүмкүн болгон суроолордун ортосундагы байланышты эске алганда гана анык пайда болот.
Биз атайылап биз билген эң жөнөкөй кванттык механикалык системалардын бири менен баштадык: жеке электрондордун спиндер системасы. Ушундай жөнөкөй системалардын негизинде кванттык компьютерлер түзүлөт деген үмүт бар. Жеке электрондордун же башка эквиваленттүү кванттык системалардын спиндик системасы азыр санариптик компьютерлердеги катардагы биттердин ойногон ролуна окшош кванттык компьютерлердеги ролуна басым жасап, кубиттер ("кванттык биттердин" кыскартылышы) деп аталат.
Келгиле, азыр биз ар бир электронду эки гана эмес, көптөгөн кванттык абалдары бар бир топ татаал кванттык система менен алмаштырдык деп элестетели. Мисалы, алар Алиса менен Бобго таза магний куймаларын беришти. Алиса менен Боб өз жолуна түшө электе, алардын тилкелери өз ара аракеттениши мүмкүн жана биз муну менен алар белгилүү бир жалпы кванттык абалга ээ болгонуна макулбуз. Алиса менен Боб бөлүнөрү менен алардын магний куймалары өз ара аракеттенүүнү токтотот. Электрондордогудай эле, ар бир тилке аныкталбаган кванттык абалда болот, бирок алар чогуу, биз ойлогондой, так аныкталган абалды түзөт. (Бул талкууда биз Алиса менен Боб өздөрүнүн магний тилкелерин эч кандай жол менен алардын ички абалын бузбастан жылдыра алышат деп ойлойбуз, биз мурда Алиса менен Боб чырмалышкан электрондорун спиндерин өзгөртпөстөн ажырата алышат деп ойлогонубуздай.) Бирок бар. айырма Бул ой жүгүртүү эксперименти менен электрондук эксперименттин айырмасы ар бир тилкенин кванттык абалындагы белгисиздиктин абдан чоң экендигинде. Бар Ааламдагы атомдордун санына караганда көбүрөөк кванттык абалга ээ болушу мүмкүн. Бул жерде термодинамика пайда болот. Өтө начар аныкталган системалар, ошентсе да, кээ бир жакшы аныкталган макроскопиялык мүнөздөмөлөргө ээ болушу мүмкүн. Мындай мүнөздөмө, мисалы, температура болуп саналат. Температура - бул системанын кайсы бир бөлүгүнүн белгилүү бир орточо энергияга ээ болуу ыктымалдуулугунун көрсөткүчү, ал эми жогорку температуралар көбүрөөк энергияга ээ болуу ыктымалдыгына туура келет. Дагы бир термодинамикалык параметр бул энтропия, ал система кабыл ала турган абалдардын санынын логарифмине барабар. Магний тилкеси үчүн маанилүү болгон дагы бир термодинамикалык мүнөздөмөсү анын таза магниттешүүсү болуп саналат, ал негизинен барда спиндик электрондорго караганда канча көп айлануучу электрондор бар экенин көрсөткөн параметр.
Биз термодинамиканы өз тарыхыбызга киргиздик, алардын кванттык абалы башка системалар менен чырмалышкандыктан так белгилүү болбогон системаларды сүрөттөө ыкмасы. Термодинамика мындай системаларды талдоо үчүн күчтүү курал болуп саналат, бирок анын жаратуучулары аны мындайча колдонууну такыр эле ойлошкон эмес. Сади Карно, Джеймс Джоул, Рудольф Клаузиус 19-кылымдагы өнөр жай революциясынын инсандары болгон жана аларды бардык суроолордун ичинен эң практикалыкы кызыктырган: кыймылдаткычтар кантип иштейт? Басым, көлөм, температура жана жылуулук кыймылдаткычтардын денеси жана каны. Карно жылуулук түрүндөгү энергиянын жүк көтөрүү сыяктуу пайдалуу ишке эч качан толугу менен айланышы мүмкүн эмес экенин аныктаган. Кээ бир энергия дайыма текке кетет. Клаузиус жылуулук менен байланышкан ар кандай процессте энергия жоготууларын аныктоо үчүн универсалдуу курал катары энтропия идеясын түзүүгө чоң салым кошкон. Анын негизги жетишкендиги энтропия эч качан азайбай турганын түшүндү - дээрлик бардык процесстерде ал жогорулайт. Энтропия көбөйгөн процесстер кайра кайтарылгыс деп аталат, анткени алар энтропия азаймайынча артка кайтарылбайт. Статистикалык механиканы өнүктүрүүгө карай кийинки кадамды Клаузиус, Максвелл жана Людвиг Больцман (башкалардын арасында) жасашты – алар энтропия тартипсиздиктин өлчөмү экенин көрсөтүштү. Адатта, сиз канчалык көп нерсеге аракет кылсаңыз, ошончолук тартипсиздик жаратасыз. Жана эгер сиз максаты тартипти калыбына келтирүү болгон процессти долбоорлосоңуз да, ал сөзсүз түрдө жок кылынгандан да көбүрөөк энтропияны жаратат, мисалы, жылуулукту бөлүп чыгаруу менен. Болот устундарды кемчиликсиз иретке келтирген бир кран устундардын тизилиши жагынан тартипти жаратат, бирок иш учурунда ушунчалык көп жылуулукту пайда кылгандыктан, жалпы энтропия дагы эле жогорулайт.
Ошентсе да, 19-кылымдын физиктеринин термодинамикасынын көз карашы менен кванттык туташуу менен байланышкан көз караштын ортосундагы айырма көрүнгөндөй чоң эмес. Система тышкы агент менен өз ара аракеттенген сайын анын кванттык абалы агенттин кванттык абалы менен чырмалышып калат. Адатта, бул чырмалыш системанын кванттык абалынын белгисиздигинин көбөйүшүнө, башкача айтканда, система боло турган кванттык абалдардын санынын көбөйүшүнө алып келет. Башка системалар менен өз ара аракеттенүүнүн натыйжасында системага жеткиликтүү болгон кванттык абалдардын саны боюнча аныкталган энтропия адатта жогорулайт.
Жалпысынан алганда, кванттык механика кээ бир параметрлери (мисалы, мейкиндиктеги абалы) белгисиз болуп калат, ал эми башкалары (мисалы, энергия) көп учурда ишенимдүү белгилүү болгон физикалык системаларды мүнөздөөгө жаңы жол менен камсыз кылат. Кванттык чырмалышкан учурда системанын эки принципиалдуу бөлөк бөлүгү белгилүү жалпы кванттык абалга ээ, ал эми ар бир бөлүгү өзүнчө белгисиз абалга ээ. Чаташкандын стандарттуу мисалы болуп синглет абалындагы жуп айлануу саналат, мында кайсы спин өйдө, кайсы ылдый экенин аныктоо мүмкүн эмес. Чоң системадагы кванттык абалдын белгисиздиги термодинамикалык мамилени талап кылат, мында температура жана энтропия сыяктуу макроскопиялык параметрлер системанын көптөгөн мүмкүн болгон микроскопиялык кванттык абалына карабастан, чоң тактык менен белгилүү.
Кванттык механика, чырмалыш жана термодинамика тармактарына кыскача экскурсиябызды аяктагандан кийин, келгиле, мунун баары кара тешиктердин температурасы бар экенин түшүнүүгө кантип алып келерин түшүнүүгө аракет кылалы. Буга биринчи кадамды Билл Унрух жасады - ал тегиз мейкиндиктеги ылдамдануучу байкоочу анын ылдамдануусун 2πге бөлгөн температурага барабар экенин көрсөттү. Унрухтун эсептөөлөрүнүн ачкычы, белгилүү бир багытта туруктуу ылдамдануу менен кыймылдаган байкоочу жалпак космостук убакыттын жарымын гана көрө алат. Экинчи жарымы кара тешик сыяктуу горизонттун артында турат. Башында бул мүмкүн эместей көрүнөт: жалпак мейкиндик кантип кара тешиктин горизонтундагыдай болушу мүмкүн? Мунун кандай болорун түшүнүү үчүн, келгиле, ишенимдүү байкоочуларыбыз Элис, Боб жана Биллди жардамга чакыралы. Биздин өтүнүч боюнча алар Алиса Боб менен Биллдин ортосунда тизилип, ар бир жуптагы байкоочулардын ортосундагы аралык так 6 километрди түзөт. Биз нөл болгон учурда Алиса ракетага секирип, Биллге (демек, Бобдон алыс) карай тынымсыз ылдамдык менен учуп кетет деп макулдаштык. Анын ракетасы абдан жакшы, тездетүүнү 1,5 триллион эсе жогору, объекттер Жердин бетине жакын кыймылдаган гравитациялык ылдамданууга жөндөмдүү. Албетте, Алиса үчүн мындай ылдамданууга туруштук берүү оңой эмес, бирок, азыр көрө турганыбыздай, бул сандар бир максат үчүн тандалган; күндүн аягында, биз жөн гана потенциалдуу мүмкүнчүлүктөрдү талкуулап жатабыз, ушуну менен. Так Алиса ракетасына секирип түшкөндө, Боб менен Билл ага кол булгалап жиберишет. (Биз "так учурда ..." деген сөз айкашын колдонууга укугубуз бар, анткени Алиса өзүнүн учуусун али баштала элек болсо да, ал Боб жана Билл сыяктуу эле шилтеме алкагында, ошондуктан алардын бардыгы сааттарын синхронизациялай алышат. .) Кол булгалаган Алиса, албетте, Биллди көрөт: бирок, ракетанын ичинде болгондуктан, ал аны турган жеринде калгандан эрте көрөт, анткени анын ракетасы аны көздөй учуп баратат. Тескерисинче, ал Бобдон алыстап кеткендиктен, анын ага кол булгалап жатканын, эгер ал ошол эле жерде калганда көргөндөн бир аз кечирээк көрөт деп ойлойбуз. Бирок чындык андан да таң калыштуу: ал Бобду такыр көрбөйт! Башкача айтканда, Бобдун кол булгалаган колунан Алисага учкан фотондор, ал эч качан жарык ылдамдыгына жете албасын эске алганда, аны эч качан кууп жете албайт. Эгерде Боб Алисага бир аз жакыныраак болуп кол булгалап баштаган болсо, анда ал кетип жаткан учурда андан учуп кеткен фотондор аны басып өтмөк, ал эми бир аз алысыраак болгондо, алар аны басып өтмөк эмес. Мына ушул мааниде биз Алиса мейкиндиктин жарымын гана көрөт деп айтабыз. Алиса кыймылдай баштаганда, Боб Алиса байкаган горизонттон бир аз алысыраак болот.
Кванттык чыр-чатакты талкуулоодо биз кванттык механикалык система бүтүндөй белгилүү бир кванттык абалга ээ болсо да, анын кээ бир бөлүктөрүндө ал жок болушу мүмкүн деген ойго көнүп калдык. Чынында, биз татаал кванттык системаны талкуулаганда, анын кээ бир бөлүгүн термодинамика жагынан эң жакшы мүнөздөсө болот: бүт системанын өтө белгисиз кванттык абалына карабастан, ага так аныкталган температура ыйгарылышы мүмкүн. Алиса, Боб жана Билл катышкан биздин акыркы окуя бир аз ушул жагдайга окшош, бирок биз бул жерде сөз кылып жаткан квант системасы бош мейкиндик убакыт жана Алиса анын жарымын гана көрөт. Келгиле, мейкиндик-убакыт бүтүндөй анын негизги абалында, бул анда эч кандай бөлүкчөлөр жок дегенди билдирет (албетте, Алиса, Боб, Билл жана ракетаны эсепке албаганда). Бирок мейкиндик-убакыттын Алиса көргөн бөлүгү жердин абалында эмес, анын ал көрбөгөн бөлүгү менен чырмалышкан абалда болот. Алиса кабылдаган мейкиндик-убакыт чектүү температура менен мүнөздөлгөн татаал, аныкталбаган кванттык абалда. Unruh эсептөөлөрү бул температура болжол менен 60 нанокельвин экенин көрсөтүп турат. Кыскача айтканда, Алиса ылдамдаганда, ал ылдамданууга бөлүнгөн температурага барабар (тиешелүү бирдиктерде) радиациянын жылуу ваннасына чөмүлүп жаткандай көрүнөт.
Күрүч. 7.1. Алиса эс алуудан ылдамдык менен кыймылдайт, ал эми Боб менен Билл кыймылсыз бойдон калууда. Алисанын ылдамдашы Боб t = 0 учурда жиберген фотондорду эч качан көрбөй тургандай. Бирок Билл t = 0дө жөнөткөн фотондорду ал алат. Натыйжада Алиса мейкиндиктин жарымын гана байкай алат.
Унрухтун эсептөөлөрүнүн таң калыштуусу, алар башынан аягына чейин бош мейкиндикти билдирсе да, падыша Лирдин атактуу “жоктон эч нерсе чыкпайт” деген сөзүнө карама-каршы келет. Кантип бош мейкиндик ушунчалык татаал болушу мүмкүн? Бөлүкчөлөр кайдан келиши мүмкүн? Чындыгында, кванттык теория боюнча бош мейкиндик таптакыр бош эмес. Анда, бул жерде жана бул жерде, энергиясы оң да, терс да болушу мүмкүн болгон виртуалдык бөлүкчөлөр деп аталган кыска мөөнөттүү дүүлүктүрүү дайыма пайда болуп, жок болуп турат. Бош мейкиндиктин дээрлик бардыгын көрө алган алыскы келечектеги байкоочу — келгиле, аны Кэрол деп атайлы — анда узакка созулган бөлүкчөлөр жок экенин тастыктай алат. Анын үстүнө, мейкиндик-убакыттын ошол бөлүгүндө Алиса байкай алган оң энергиялуу бөлүкчөлөрдүн кванттык чырмалуунун аркасында болушу Алиса үчүн байкалбаган мейкиндик-убакыт бөлүгүндөгү энергиянын тең жана карама-каршы белгисинин козголуулары менен байланышкан. Бүтүндөй бош мейкиндик жөнүндө бүт чындык Кэролго ачылат жана бул чындык ал жерде эч кандай бөлүкчөлөр жок. Бирок, Алисанын тажрыйбасы бөлүкчөлөр бар экенин айтат!
Бирок андан кийин белгилүү болгондой, Унрух эсептеген температура жөн эле ойдон чыгарылган нерседей сезилет - бул жалпак мейкиндиктин касиети эмес, тескерисинче, тегиз мейкиндикте үзгүлтүксүз ылдамданууну башынан өткөргөн байкоочунун касиети. Бирок, тартылуу күчү ошол эле "ойдон чыгарылган" күч, анткени ал алып келген "тездөө" ийри метрикадагы геодезиялык кыймылдан башка эч нерсе эмес. Биз 2-бөлүмдө түшүндүргөндөй, Эйнштейндин эквиваленттүүлүк принциби ылдамдануу менен тартылуу күчү негизинен эквиваленттүү экенин айтат. Бул көз караштан алганда, кара тешиктин горизонтунун Unruh тездетүүчү байкоочунун температурасын эсептөөсүнө барабар температурага ээ болушунда өзгөчө таң калтырган эч нерсе жок. Бирок, температураны аныктоо үчүн ылдамдануунун кандай маанисин колдонушубуз керек деп сурасак болобу? Кара тешиктен жетишерлик алыстап, биз анын тартылуу күчүн каалагандай алсыз кыла алабыз. Бул биз өлчөгөн кара тешиктин эффективдүү температурасын аныктоо үчүн ылдамдануунун тиешелүү кичине маанисин колдонушубуз керек дегенди билдиреби? Бул суроо абдан тымызын болуп чыгат, анткени, биз ойлогондой, бир нерсенин температурасы каалагандай төмөндөө албайт. Ал өтө алыскы байкоочу тарабынан да өлчөй турган кандайдыр бир белгиленген чектүү мааниге ээ деп болжолдонууда.
Source: www.habr.com