Su Kosmonautikos diena! Išsiuntėme į spaustuvę . Būtent šiomis dienomis astrofizikai visam pasauliui parodė, kaip atrodo juodosios skylės. Sutapimas? Mes taip nemanome 😉 Taigi palaukite, netrukus pasirodys nuostabi knyga, kurią parašė Stevenas Gabseris ir France Pretorius, kurią išvertė nuostabus Pulkovo astronomas, dar žinomas kaip Astrodedus Kirilas Maslennikovas, moksliškai redagavo legendinis Vladimiras Surdinas ir ją išleido Trajektorijos fondas.
Ištrauka „Juodųjų skylių termodinamika“ po pjūviu.
Iki šiol juodąsias skyles laikėme astrofiziniais objektais, kurie susidarė supernovos sprogimo metu arba guli galaktikų centruose. Mes juos stebime netiesiogiai, matuodami šalia jų esančių žvaigždžių pagreičius. Garsusis LIGO gravitacinių bangų aptikimas 14 m. rugsėjo 2015 d. buvo tiesioginių juodųjų skylių susidūrimų stebėjimo pavyzdys. Matematiniai įrankiai, kuriuos naudojame norėdami geriau suprasti juodųjų skylių prigimtį, yra šie: diferencialinė geometrija, Einšteino lygtys ir galingi analitiniai bei skaitmeniniai metodai, naudojami Einšteino lygtims spręsti ir juodųjų skylių sukeliamai erdvės laiko geometrijai apibūdinti. Ir kai tik galime pateikti išsamų kiekybinį juodosios skylės generuojamo erdvėlaikio aprašymą astrofiziniu požiūriu, juodųjų skylių temą galima laikyti uždaryta. Žvelgiant iš platesnės teorinės perspektyvos, dar yra daug erdvės tyrinėjimui. Šio skyriaus tikslas – pabrėžti kai kuriuos šiuolaikinės juodųjų skylių fizikos teorinius pasiekimus, kuriuose termodinamikos ir kvantinės teorijos idėjos derinamos su bendruoju reliatyvumo teorija, kad atsirastų netikėtos naujos koncepcijos. Pagrindinė idėja yra ta, kad juodosios skylės nėra tik geometriniai objektai. Jie turi temperatūrą, turi didžiulę entropiją ir gali parodyti kvantinio susipynimo apraiškas. Mūsų diskusijos apie juodųjų skylių fizikos termodinaminius ir kvantinius aspektus bus fragmentiškesnės ir paviršutiniškesnės nei ankstesniuose skyriuose pateikta grynai geometrinių erdvės-laiko ypatybių juodosiose skylėse analizė. Tačiau šie, o ypač kvantiniai, aspektai yra esminė ir gyvybiškai svarbi teorinių juodųjų skylių tyrimų dalis, todėl labai stengsimės perteikti jei ne sudėtingas detales, tai bent šių darbų dvasią.
Klasikinėje bendrojoje reliatyvumo teorijoje – jei kalbėtume apie Einšteino lygčių sprendinių diferencinę geometriją – juodosios skylės yra tikrai juodos ta prasme, kad niekas iš jų negali pabėgti. Stephenas Hawkingas parodė, kad ši situacija visiškai pasikeičia, kai atsižvelgiame į kvantinius efektus: pasirodo, kad juodosios skylės skleidžia spinduliuotę esant tam tikrai temperatūrai, vadinamai Hokingo temperatūra. Astrofizinių dydžių juodųjų skylių (ty nuo žvaigždžių masės iki supermasyvių juodųjų skylių) Hawkingo temperatūra yra nereikšminga, palyginti su kosminio mikrobangų fono temperatūra – spinduliuote, užpildančia visą Visatą, kuri, beje, gali pati savaime gali būti laikoma Hokingo spinduliuotės atmaina. Hawkingo skaičiavimai, skirti nustatyti juodųjų skylių temperatūrą, yra didesnės tyrimų programos srityje, vadinamoje juodųjų skylių termodinamika, dalis. Kita didelė šios programos dalis yra juodosios skylės entropijos tyrimas, matuojantis juodosios skylės viduje prarastos informacijos kiekį. Įprasti objektai (pvz., vandens puodelis, gryno magnio blokas ar žvaigždė) taip pat turi entropiją, o vienas iš pagrindinių juodosios skylės termodinamikos teiginių yra tas, kad tam tikro dydžio juodoji skylė turi didesnę entropiją nei bet kuri kita forma. medžiagos, kuri gali būti tokio pat dydžio plote, bet nesusidarius juodajai skylei.
Tačiau prieš pasinerdami į problemas, susijusias su Hokingo spinduliuote ir juodųjų skylių entropija, trumpai pažvelkime į kvantinės mechanikos, termodinamikos ir įsipainiojimo sritis. Kvantinė mechanika buvo sukurta daugiausia 1920-aisiais, o jos pagrindinis tikslas buvo aprašyti labai mažas medžiagos daleles, tokias kaip atomai. Kvantinės mechanikos raida privedė prie tokių pagrindinių fizikos sampratų kaip tikslios atskiros dalelės padėties erozijos: pavyzdžiui, paaiškėjo, kad elektrono padėties, kai jis juda aplink atomo branduolį, negalima tiksliai nustatyti. Vietoj to elektronams buvo priskirtos vadinamosios orbitos, kuriose jų tikrąją padėtį galima nustatyti tik tikimybine prasme. Tačiau mūsų tikslams svarbu ne per greitai pereiti prie šios tikimybinės dalykų pusės. Paimkime paprasčiausią pavyzdį: vandenilio atomą. Jis gali būti tam tikros kvantinės būsenos. Paprasčiausia vandenilio atomo būsena, vadinama pagrindine, yra būsena, kurios energija yra mažiausia, ir ši energija yra tiksliai žinoma. Apskritai kvantinė mechanika leidžia mums (iš esmės) absoliučiai tiksliai žinoti bet kurios kvantinės sistemos būseną.
Tikimybės atsiranda, kai užduodame tam tikrus klausimus apie kvantinę mechaninę sistemą. Pavyzdžiui, jei esame tikri, kad vandenilio atomas yra pagrindinėje būsenoje, galime paklausti: „Kur yra elektronas? o pagal kvantų dėsnius
mechanika, gausime tik šio klausimo tikimybės įvertinimą, maždaug maždaug taip: „tikriausiai elektronas yra iki pusės angstremo atstumu nuo vandenilio atomo branduolio“ (vienas angstromas lygus 
metrai). Bet mes turime galimybę per tam tikrą fizinį procesą daug tiksliau nustatyti elektrono padėtį nei vienam angstremui. Šis gana paplitęs procesas fizikoje susideda iš labai trumpo bangos ilgio fotono šaudymo į elektroną (arba, kaip sako fizikai, fotono išsklaidymą elektronu) – po to mes galime atkurti elektrono vietą sklaidos momentu. tikslumas maždaug lygus bangos ilgio fotonui. Tačiau šis procesas pakeis elektrono būseną taip, kad po to jis nebebus pagrindinėje vandenilio atomo būsenoje ir neturės tiksliai apibrėžtos energijos. Bet kurį laiką jo padėtis bus beveik tiksliai nustatyta (tam naudojamo fotono bangos ilgio tikslumu). Preliminarus elektrono padėties įvertinimas gali būti atliktas tik tikimybine prasme maždaug vieno angstremo tikslumu, tačiau išmatavę tiksliai žinome, kokia ji buvo. Trumpai tariant, jei kokiu nors būdu išmatuojame kvantinę mechaninę sistemą, tai bent jau įprastine prasme „priverčiame“ ją į būseną su tam tikra matuojamo kiekio verte.
Kvantinė mechanika taikoma ne tik mažoms sistemoms, bet (mes manome) visoms sistemoms, tačiau didelėms sistemoms kvantinės mechanikos taisyklės greitai tampa labai sudėtingos. Pagrindinė sąvoka yra kvantinis susipynimas, kurio paprastas pavyzdys yra sukimosi sąvoka. Atskiri elektronai turi sukinį, todėl praktiškai vieno elektrono sukinys gali būti nukreiptas aukštyn arba žemyn pasirinktos erdvinės ašies atžvilgiu. Elektrono sukinys yra stebimas dydis, nes elektronas sukuria silpną magnetinį lauką, panašų į magnetinio strypo lauką. Tada sukimasis aukštyn reiškia, kad elektrono šiaurinis ašigalis nukreiptas žemyn, o sukimasis žemyn reiškia, kad šiaurinis ašigalis nukreiptas į viršų. Du elektronai gali būti patalpinti į konjuguotą kvantinę būseną, kai vienas iš jų turi sukimąsi aukštyn, o kitas – žemyn, tačiau neįmanoma atskirti, kuris elektronas turi kokį sukimąsi. Iš esmės pagrindinėje helio atomo būsenoje du elektronai yra būtent tokioje būsenoje, vadinamoje sukimosi vienetu, nes bendras abiejų elektronų sukinys yra lygus nuliui. Jei atskirtume šiuos du elektronus nekeisdami jų sukinių, vis tiek galėtume sakyti, kad jie yra sukimosi vienetai, bet vis tiek negalime pasakyti, koks būtų kurio nors iš jų sukinys atskirai. Dabar, jei išmatuosime vieną iš jų sukimų ir nustatysime, kad jis nukreiptas aukštyn, tada būsime visiškai tikri, kad antrasis nukreiptas žemyn. Šioje situacijoje sakome, kad sukimai yra susipainioję – nė vienas iš jų neturi apibrėžtos vertės, o kartu jie yra apibrėžtoje kvantinėje būsenoje.
Einšteinas buvo labai susirūpinęs dėl susipainiojimo reiškinio: atrodė, kad jis kelia grėsmę pagrindiniams reliatyvumo teorijos principams. Panagrinėkime atvejį, kai du elektronai yra sukinio vienetinėje būsenoje, kai jie yra toli vienas nuo kito erdvėje. Kad būtumėte tikri, tegul Alisa paima vieną iš jų, o Bobas – kitą. Tarkime, Alisa išmatavo savo elektrono sukimąsi ir nustatė, kad jis buvo nukreiptas aukštyn, tačiau Bobas nieko nematavo. Kol Alisa neatliko matavimo, buvo neįmanoma pasakyti, koks buvo jo elektrono sukinys. Tačiau kai tik ji baigė matavimą, ji visiškai žinojo, kad Bobo elektrono sukinys buvo nukreiptas žemyn (priešinga jos pačios elektrono sukimuisi). Ar tai reiškia, kad jos matavimas akimirksniu pervedė Bobo elektroną į sukimosi būseną? Kaip tai gali atsitikti, jei elektronai yra erdviškai atskirti? Einšteinas ir jo bendradarbiai Nathanas Rosenas ir Borisas Podolskis manė, kad susipynusių sistemų matavimo istorija buvo tokia rimta, kad kelia grėsmę pačiai kvantinės mechanikos egzistavimui. Jų suformuluotas Einšteino-Podolskio-Roseno paradoksas (EPR) naudoja mąstymo eksperimentą, panašų į ką tik aprašytą, kad būtų padaryta išvada, kad kvantinė mechanika negali būti pilnas tikrovės aprašymas. Dabar, remiantis vėlesniais teoriniais tyrimais ir daugeliu matavimų, buvo nustatytas bendras sutarimas, kad EPR paradoksas turi paklaidą ir kvantinė teorija yra teisinga. Kvantinis mechaninis įsipainiojimas yra tikras: susipynusių sistemų matavimai koreliuoja, net jei sistemos yra toli viena nuo kitos erdvėlaikyje.
Grįžkime prie situacijos, kai du elektronus patalpinome į sukinio singleto būseną ir atidavėme juos Alisai ir Bobui. Ką galime pasakyti apie elektronus prieš atliekant matavimus? Kad jie abu kartu yra tam tikroje kvantinėje būsenoje (sukimo-singletas). Tikėtina, kad Alisos elektrono sukimasis bus nukreiptas aukštyn arba žemyn. Tiksliau tariant, jo elektrono kvantinė būsena su vienoda tikimybe gali būti viena (sukite aukštyn) arba kita (sukimas žemyn). Dabar tikimybės sąvoka mums įgauna gilesnę prasmę nei anksčiau. Anksčiau žiūrėjome į tam tikrą kvantinę būseną (vandenilio atomo pagrindinę būseną) ir pamatėme, kad yra keletas „nepatogių“ klausimų, tokių kaip „Kur yra elektronas?“ – klausimai, į kuriuos atsakymai egzistuoja tik tikimybine prasme. Jei užduotume „gerus“ klausimus, pavyzdžiui, „Kokia šio elektrono energija?“, gautume aiškius atsakymus. Dabar nėra „gerų“ klausimų, kuriuos galėtume užduoti apie Alisos elektroną, į kuriuos nebūtų atsakymų, kurie priklausytų nuo Bobo elektrono. (Kalbame ne apie kvailus klausimus, tokius kaip „Ar Alisos elektronas net turi sukimąsi?“ – klausimus, į kuriuos yra tik vienas atsakymas.) Taigi, norėdami nustatyti vienos įsipainiojusios sistemos pusės parametrus, turėsime naudoti tikimybine kalba. Tikrumas atsiranda tik tada, kai svarstome ryšį tarp klausimų, kuriuos Alisa ir Bobas gali užduoti apie savo elektronus.
Sąmoningai pradėjome nuo vienos paprasčiausių mums žinomų kvantinių mechaninių sistemų – atskirų elektronų sukinių sistemos. Yra vilties, kad tokių paprastų sistemų pagrindu bus sukurti kvantiniai kompiuteriai. Atskirų elektronų sukimosi sistema arba kitos lygiavertės kvantinės sistemos dabar vadinamos kubitais (sutrumpintai „kvantiniai bitai“), pabrėžiant jų vaidmenį kvantiniuose kompiuteriuose, panašų į paprastų bitų vaidmenį skaitmeniniuose kompiuteriuose.
Dabar įsivaizduokime, kad kiekvieną elektroną pakeitėme daug sudėtingesne kvantine sistema su daugybe, o ne tik dviem kvantinėmis būsenomis. Pavyzdžiui, jie davė Alice ir Bob batonėlius iš gryno magnio. Prieš Alisa ir Bobas pasuka skirtingais keliais, jų juostos gali sąveikauti, ir mes sutinkame, kad tai darydami jie įgauna tam tikrą bendrą kvantinę būseną. Kai tik Alisa ir Bobas išsiskiria, jų magnio batonėliai nustoja sąveikauti. Kaip ir elektronų atveju, kiekviena juosta yra neapibrėžtos kvantinės būsenos, nors kartu, kaip mes manome, jie sudaro tiksliai apibrėžtą būseną. (Šioje diskusijoje darome prielaidą, kad Alisa ir Bobas gali judinti savo magnio strypus jokiu būdu nepažeisdami savo vidinės būsenos, kaip ir anksčiau manėme, kad Alisa ir Bobas gali atskirti savo įsipainiojusius elektronus nepakeisdami sukinių.) Tačiau yra Skirtumas Šio mąstymo eksperimento ir elektronų eksperimento skirtumas yra tas, kad kiekvienos juostos kvantinės būsenos neapibrėžtis yra didžiulė. Juosta gali įgyti daugiau kvantinių būsenų nei atomų skaičius Visatoje. Čia atsiranda termodinamika. Vis dėlto labai blogai apibrėžtos sistemos gali turėti tam tikrų aiškiai apibrėžtų makroskopinių savybių. Tokia charakteristika yra, pavyzdžiui, temperatūra. Temperatūra yra matas, nurodantis, kokia tikimybė, kad bet kuri sistemos dalis turės tam tikrą vidutinę energiją, o aukštesnė temperatūra atitinka didesnę tikimybę turėti didesnę energiją. Kitas termodinaminis parametras yra entropija, kuri iš esmės yra lygi būsenų, kurias gali priimti sistema, skaičiaus logaritmui. Kita termodinaminė charakteristika, kuri būtų svarbi magnio strypui, yra jo grynasis įmagnetinimas, kuris iš esmės yra parametras, parodantis, kiek juostelėje yra daugiau besisukančių elektronų nei besisukančių elektronų.
Termodinamiką įtraukėme į savo istoriją kaip būdą apibūdinti sistemas, kurių kvantinės būsenos nėra tiksliai žinomos dėl jų įsipainiojimo su kitomis sistemomis. Termodinamika yra galingas įrankis tokioms sistemoms analizuoti, tačiau jos kūrėjai visiškai neįsivaizdavo jos taikymo tokiu būdu. Sadi Carnot, James Joule, Rudolf Clausius buvo XIX amžiaus pramonės revoliucijos veikėjai ir juos domino praktiškiausias iš visų klausimų: kaip veikia varikliai? Slėgis, tūris, temperatūra ir šiluma yra variklių kūnas ir kraujas. Carnot nustatė, kad šilumos pavidalo energija niekada negali būti visiškai paversta naudingu darbu, pavyzdžiui, krovinių kėlimu. Dalis energijos visada bus švaistoma. Clausius labai prisidėjo kuriant entropijos idėją kaip universalų įrankį, leidžiantį nustatyti energijos nuostolius bet kokio proceso, kuriame dalyvauja šiluma, metu. Pagrindinis jo pasiekimas buvo suvokimas, kad entropija niekada nemažėja – beveik visuose procesuose ji didėja. Procesai, kurių metu entropija didėja, vadinami negrįžtamaisiais, būtent todėl, kad jų negalima pakeisti nesumažėjus entropijai. Sekantį žingsnį statistinės mechanikos raidos link žengė Clausius, Maxwell ir Ludwig Boltzmann (tarp daugelio kitų) – jie parodė, kad entropija yra netvarkos matas. Paprastai kuo daugiau ką nors veikiate, tuo daugiau netvarkos sukuriate. Ir net jei sukursite procesą, kurio tikslas yra atkurti tvarką, jis neišvengiamai sukurs daugiau entropijos nei bus sunaikintas, pavyzdžiui, išskirdamas šilumą. Plienines sijas idealiai klojantis kranas sukuria tvarką sijų išdėstymo atžvilgiu, tačiau eksploatacijos metu išskiria tiek šilumos, kad bendra entropija vis tiek didėja.
Tačiau vis dėlto skirtumas tarp XIX amžiaus fizikų požiūrio į termodinamiką ir požiūrio, susieto su kvantiniu susipynimu, nėra toks didelis, kaip atrodo. Kiekvieną kartą, kai sistema sąveikauja su išoriniu agentu, jos kvantinė būsena susipainioja su agento kvantine būsena. Paprastai dėl šio įsipainiojimo padidėja sistemos kvantinės būsenos neapibrėžtis, kitaip tariant, padidėja kvantinių būsenų, kuriose gali būti sistema, skaičius. Dėl sąveikos su kitomis sistemomis entropija, apibrėžiama pagal sistemai prieinamų kvantinių būsenų skaičių, paprastai didėja.
Apskritai kvantinė mechanika suteikia naują būdą apibūdinti fizines sistemas, kuriose kai kurie parametrai (pavyzdžiui, padėtis erdvėje) tampa neaiškūs, bet kiti (pavyzdžiui, energija) dažnai žinomi tiksliai. Kvantinio susipynimo atveju dvi iš esmės atskiros sistemos dalys turi žinomą bendrą kvantinę būseną, o kiekviena dalis atskirai turi neapibrėžtą būseną. Standartinis susipynimo pavyzdys yra sukimų pora vienatinėje būsenoje, kai neįmanoma atskirti, kuris sukimas yra aukštyn, o kuris žemyn. Kvantinės būsenos neapibrėžtumas didelėje sistemoje reikalauja termodinaminio požiūrio, kai makroskopiniai parametrai, tokie kaip temperatūra ir entropija, yra žinomi labai tiksliai, net jei sistemoje yra daug galimų mikroskopinių kvantinių būsenų.
Baigę trumpą ekskursiją į kvantinės mechanikos, įsipainiojimo ir termodinamikos sritis, pabandykime suprasti, kaip visa tai veda prie supratimo, kad juodosios skylės turi temperatūrą. Pirmąjį žingsnį link to žengė Billas Unruhas – jis parodė, kad greitėjančio stebėtojo plokščioje erdvėje temperatūra bus lygi jo pagreičiui, padalintam iš 2π. Unruh skaičiavimų raktas yra tas, kad stebėtojas, judantis nuolatiniu pagreičiu tam tikra kryptimi, gali matyti tik pusę plokščiojo erdvėlaikio. Antroji pusė iš esmės yra už horizonto, panašaus į juodąją skylę. Iš pradžių atrodo neįmanoma: kaip plokščias erdvėlaikis gali elgtis kaip juodosios skylės horizontas? Kad suprastume, kaip tai išeina, į pagalbą pasikvieskime savo ištikimus stebėtojus Alisą, Bobą ir Bilą. Mūsų prašymu jie išsirikiuoja, tarp Bobo ir Bilo yra Alisa, o atstumas tarp stebėtojų kiekvienoje poroje yra lygiai 6 kilometrai. Sutarėme, kad nuliniu metu Alisa įšoks į raketą ir nuolatos pagreičiu skris link Bilo (taigi ir toliau nuo Bobo). Jo raketa yra labai gera, galinti išvystyti 1,5 trilijono kartų didesnį pagreitį nei gravitacinis pagreitis, kuriuo objektai juda šalia Žemės paviršiaus. Žinoma, Alisai nelengva atlaikyti tokį pagreitį, bet, kaip dabar matysime, šie skaičiai pasirinkti tam tikslui; dienos pabaigoje mes tik aptariame galimas galimybes, tai viskas. Kaip tik tuo metu, kai Alisa įšoka į jos raketą, Bobas ir Bilas jai mojuoja. (Turime teisę vartoti posakį „būtent tuo momentu, kai...“, nes nors Alisa dar nepradėjo skrydžio, ji yra toje pačioje atskaitos sistemoje kaip Bobas ir Billas, todėl jie visi gali sinchronizuoti savo laikrodžius .) Mojuojanti Alisa, žinoma, pamato jai Bilą: tačiau būdama raketoje ji pamatys jį anksčiau, nei tai būtų nutikę, jei būtų likę ten, kur buvo, nes jos raketa su ja skrenda būtent jo link. Priešingai, ji tolsta nuo Bobo, todėl galime pagrįstai manyti, kad ji pamatys jį mojuojant jai kiek vėliau, nei būtų mačiusi, jei ji būtų likusi toje pačioje vietoje. Tačiau tiesa dar labiau stebina: ji iš viso nepamatys Bobo! Kitaip tariant, fotonai, skrendantys nuo Bobo mojuojančios rankos iki Alisos, niekada jos nepasivys, net ir atsižvelgiant į tai, kad ji niekada negalės pasiekti šviesos greičio. Jei Bobas būtų pradėjęs mojuoti, būdamas šiek tiek arčiau Alisos, tai jos išvykimo momentu nuo jo nuskridę fotonai ją būtų aplenkę, o jei būtų buvęs kiek toliau – jos neaplenktų. Šia prasme sakome, kad Alisa mato tik pusę erdvės laiko. Tuo metu, kai Alisa pradeda judėti, Bobas yra šiek tiek toliau nei Alisa stebimas horizontas.
Diskutuodami apie kvantinį susipynimą, pripratome prie minties, kad net jei visa kvantinė mechaninė sistema turi tam tikrą kvantinę būseną, kai kurios jos dalys gali jos neturėti. Tiesą sakant, kai aptariame sudėtingą kvantinę sistemą, kai kurią jos dalį galima geriausiai apibūdinti termodinamikos požiūriu: jai gali būti priskirta tiksliai apibrėžta temperatūra, nepaisant labai neapibrėžtos visos sistemos kvantinės būsenos. Paskutinė mūsų istorija, susijusi su Alice, Bobu ir Billu, yra šiek tiek panaši į šią situaciją, tačiau kvantinė sistema, apie kurią mes čia kalbame, yra tuščias erdvėlaikis, o Alisa mato tik pusę jos. Darykime išlygą, kad erdvėlaikis kaip visuma yra pagrindinėje būsenoje, o tai reiškia, kad jame nėra dalelių (žinoma, neskaitant Alisos, Bobo, Bilo ir raketos). Tačiau ta erdvėlaikio dalis, kurią mato Alisa, bus ne pagrindinėje būsenoje, o būsenoje, susipynusioje su ta jo dalimi, kurios ji nemato. Alisos suvokiamas erdvėlaikis yra sudėtingos, neapibrėžtos kvantinės būsenos, kuriai būdinga baigtinė temperatūra. Unruh skaičiavimai rodo, kad ši temperatūra yra maždaug 60 nanokelvinų. Trumpai tariant, kai Alisa įsibėgėja, atrodo, kad ji yra panardinta į šiltą radiacijos vonią, kurios temperatūra (atitinkamais vienetais) lygi pagreičiui, padalytam iš
Ryžiai. 7.1. Alisa juda pagreičiai iš poilsio, o Bobas ir Bilas nejuda. Alisos pagreitis yra toks, kad ji niekada nematys fotonų, kuriuos Bobas siunčia, kai t = 0. Tačiau ji gauna fotonus, kuriuos Bilas jai siuntė esant t = 0. Rezultatas yra tas, kad Alisa gali stebėti tik pusę erdvės laiko.
Unruh skaičiavimuose keista yra tai, kad nors jie nuo pradžios iki pabaigos nurodo į tuščią erdvę, jie prieštarauja garsiesiems karaliaus Lyro žodžiams: „Iš nieko niekas neatsiranda“. Kaip tuščia erdvė gali būti tokia sudėtinga? Iš kur gali kilti dalelės? Faktas yra tas, kad pagal kvantinę teoriją tuščia erdvė nėra tuščia. Joje šen bei ten nuolat atsiranda ir išnyksta trumpalaikiai sužadinimai, vadinami virtualiomis dalelėmis, kurių energija gali būti ir teigiama, ir neigiama. Stebėtojas iš tolimos ateities – pavadinkime ją Karole – kuri mato beveik visą tuščią erdvę, gali patvirtinti, kad joje nėra ilgai išliekančių dalelių. Be to, teigiamą energiją turinčių dalelių buvimas toje erdvės laiko dalyje, kurią Alisa gali stebėti dėl kvantinio susipynimo, yra susijęs su vienodo ir priešingo energijos ženklo sužadinimais toje erdvės laiko dalyje, kurios Alisa nepastebi. Karoliui atskleidžiama visa tiesa apie tuščią erdvėlaikį kaip visumą, ir ta tiesa yra ta, kad ten nėra dalelių. Tačiau Alisos patirtis jai sako, kad dalelės yra!
Bet tada paaiškėja, kad Unruh apskaičiuota temperatūra atrodo tiesiog fikcija – tai ne tiek plokščios erdvės savybė kaip tokia, o veikiau stebėtojo, patiriančio nuolatinį pagreitį plokščioje erdvėje, savybė. Tačiau pati gravitacija yra ta pati „fiktyvi“ jėga ta prasme, kad jos sukeliamas „pagreitis“ yra ne kas kita, kaip judėjimas išilgai geodezinės linijos kreivoje metrikoje. Kaip paaiškinome 2 skyriuje, Einšteino lygiavertiškumo principas teigia, kad pagreitis ir gravitacija iš esmės yra lygiaverčiai. Šiuo požiūriu nėra nieko ypač šokiruojančio, kad juodosios skylės horizonto temperatūra yra lygi Unruh apskaičiuotai greitėjančio stebėtojo temperatūrai. Tačiau ar galime paklausti, kokią pagreičio vertę turėtume naudoti temperatūrai nustatyti? Nutolę nuo juodosios skylės pakankamai toli, galime padaryti jos gravitacinę trauką tokią silpną, kiek norime. Ar tai reiškia, kad norint nustatyti efektyvią juodosios skylės temperatūrą, kurią išmatuojame, turime naudoti atitinkamai mažą pagreičio vertę? Šis klausimas pasirodo gana klastingas, nes, kaip mes manome, objekto temperatūra negali savavališkai mažėti. Daroma prielaida, kad ji turi tam tikrą fiksuotą baigtinę vertę, kurią gali išmatuoti net labai tolimas stebėtojas.
Šaltinis: www.habr.com