Selamat Hari Kosmonautik! Kami menghantarnya ke pusat percetakan . Pada masa inilah ahli astrofizik menunjukkan kepada seluruh dunia rupa lubang hitam. Kebetulan? Kami tidak fikir begitu 😉 Jadi tunggu, buku yang menakjubkan akan muncul tidak lama lagi, ditulis oleh Steven Gabser dan France Pretorius, diterjemahkan oleh ahli astronomi Pulkovo yang hebat aka Astrodedus Kirill Maslennikov, disunting secara saintifik oleh legenda Vladimir Surdin dan disokong oleh penerbitannya oleh Asas Trajektori.
Petikan "Termodinamik lubang hitam" di bawah potongan.
Sehingga kini, kita telah menganggap lubang hitam sebagai objek astrofizik yang terbentuk semasa letupan supernova atau terletak di pusat galaksi. Kami memerhatikannya secara tidak langsung dengan mengukur pecutan bintang yang hampir dengannya. Pengesanan gelombang graviti LIGO yang terkenal pada 14 September 2015 adalah contoh pemerhatian yang lebih langsung terhadap perlanggaran lubang hitam. Alat matematik yang kami gunakan untuk mendapatkan pemahaman yang lebih baik tentang sifat lubang hitam ialah: geometri pembezaan, persamaan Einstein, dan kaedah analitikal dan berangka yang berkuasa yang digunakan untuk menyelesaikan persamaan Einstein dan menerangkan geometri ruang masa yang ditimbulkan oleh lubang hitam. Dan sebaik sahaja kami dapat memberikan penerangan kuantitatif lengkap tentang ruang-masa yang dijana oleh lohong hitam, dari sudut pandangan astrofizik, topik lohong hitam boleh dianggap tertutup. Dari perspektif teori yang lebih luas, masih terdapat banyak ruang untuk penerokaan. Tujuan bab ini adalah untuk menyerlahkan beberapa kemajuan teori dalam fizik lubang hitam moden, di mana idea-idea daripada termodinamik dan teori kuantum digabungkan dengan relativiti am untuk menimbulkan konsep baharu yang tidak dijangka. Idea asasnya ialah lubang hitam bukan sekadar objek geometri. Mereka mempunyai suhu, mereka mempunyai entropi yang sangat besar, dan mereka boleh mempamerkan manifestasi keterikatan kuantum. Perbincangan kami tentang aspek termodinamik dan kuantum fizik lubang hitam akan menjadi lebih berpecah-belah dan cetek daripada analisis ciri geometri ruang-masa dalam lubang hitam yang dibentangkan dalam bab sebelumnya. Tetapi ini, dan terutamanya kuantum, aspek adalah bahagian penting dan penting dalam penyelidikan teori yang berterusan tentang lubang hitam, dan kami akan berusaha keras untuk menyampaikan, jika bukan butiran yang rumit, maka sekurang-kurangnya semangat kerja-kerja ini.
Dalam relativiti am klasik - jika kita bercakap tentang geometri pembezaan penyelesaian kepada persamaan Einstein - lubang hitam benar-benar hitam dalam erti kata bahawa tiada apa yang dapat melarikan diri daripadanya. Stephen Hawking menunjukkan bahawa keadaan ini berubah sepenuhnya apabila kita mengambil kira kesan kuantum: lubang hitam ternyata memancarkan sinaran pada suhu tertentu, yang dikenali sebagai suhu Hawking. Untuk lubang hitam bersaiz astrofizik (iaitu, dari jisim bintang kepada lubang hitam supermasif), suhu Hawking boleh diabaikan berbanding dengan suhu latar belakang gelombang mikro kosmik - sinaran yang memenuhi seluruh Alam Semesta, yang, dengan cara itu, boleh itu sendiri dianggap sebagai varian radiasi Hawking. Pengiraan Hawking untuk menentukan suhu lubang hitam adalah sebahagian daripada program penyelidikan yang lebih besar dalam bidang yang dipanggil termodinamik lubang hitam. Satu lagi bahagian besar program ini ialah kajian entropi lubang hitam, yang mengukur jumlah maklumat yang hilang di dalam lubang hitam. Objek biasa (seperti cawan air, bongkah magnesium tulen, atau bintang) juga mempunyai entropi, dan salah satu pernyataan pusat termodinamik lubang hitam ialah lubang hitam dengan saiz tertentu mempunyai lebih banyak entropi daripada bentuk lain. jirim yang boleh terkandung di dalam kawasan yang sama saiz, tetapi tanpa pembentukan lubang hitam.
Tetapi sebelum kita menyelami lebih mendalam isu-isu sekitar sinaran Hawking dan entropi lubang hitam, mari kita lencong pantas ke dalam bidang mekanik kuantum, termodinamik dan keterjeratan. Mekanik kuantum telah dibangunkan terutamanya pada tahun 1920-an, dan tujuan utamanya adalah untuk menerangkan zarah jirim yang sangat kecil, seperti atom. Perkembangan mekanik kuantum membawa kepada penghakisan konsep asas fizik seperti kedudukan tepat zarah individu: ternyata, sebagai contoh, kedudukan elektron semasa ia bergerak mengelilingi nukleus atom tidak dapat ditentukan dengan tepat. Sebaliknya, elektron telah diberikan apa yang dipanggil orbit, di mana kedudukan sebenar mereka hanya boleh ditentukan dalam erti kata probabilistik. Walau bagaimanapun, untuk tujuan kita, adalah penting untuk tidak bergerak terlalu cepat ke bahagian kebarangkalian perkara ini. Mari kita ambil contoh paling mudah: atom hidrogen. Ia mungkin dalam keadaan kuantum tertentu. Keadaan termudah bagi atom hidrogen, dipanggil keadaan tanah, ialah keadaan dengan tenaga paling rendah, dan tenaga ini diketahui dengan tepat. Secara umumnya, mekanik kuantum membolehkan kita (pada dasarnya) mengetahui keadaan mana-mana sistem kuantum dengan ketepatan mutlak.
Kebarangkalian berlaku apabila kita bertanya beberapa jenis soalan tentang sistem mekanikal kuantum. Sebagai contoh, jika sudah pasti atom hidrogen berada dalam keadaan dasar, kita boleh bertanya, "Di manakah elektron itu?" dan mengikut undang-undang kuantum
mekanik, kita hanya akan mendapat sedikit anggaran kebarangkalian untuk soalan ini, kira-kira seperti: "mungkin elektron terletak pada jarak sehingga setengah angstrom dari nukleus atom hidrogen" (satu angstrom adalah sama dengan 
meter). Tetapi kita mempunyai peluang, melalui proses fizikal tertentu, untuk mencari kedudukan elektron dengan lebih tepat daripada satu angstrom. Proses yang agak biasa dalam fizik ini terdiri daripada menembak foton dengan panjang gelombang yang sangat pendek ke dalam elektron (atau, seperti yang dikatakan ahli fizik, menyerakkan foton oleh elektron) - selepas itu kita boleh membina semula lokasi elektron pada saat penyerakan dengan ketepatan lebih kurang sama dengan foton panjang gelombang. Tetapi proses ini akan mengubah keadaan elektron, supaya selepas ini ia tidak lagi berada dalam keadaan dasar atom hidrogen dan tidak akan mempunyai tenaga yang ditakrifkan dengan tepat. Tetapi untuk beberapa waktu kedudukannya akan ditentukan dengan tepat (dengan ketepatan panjang gelombang foton yang digunakan untuk ini). Anggaran awal kedudukan elektron hanya boleh dibuat dalam erti kata kebarangkalian dengan ketepatan kira-kira satu angstrom, tetapi apabila kita telah mengukurnya, kita tahu dengan tepat apa itu. Pendek kata, jika kita mengukur sistem mekanikal kuantum dalam beberapa cara, maka, sekurang-kurangnya dalam pengertian konvensional, kita "memaksa" ia ke dalam keadaan dengan nilai tertentu kuantiti yang kita ukur.
Mekanik kuantum digunakan bukan sahaja untuk sistem kecil, tetapi (kami percaya) untuk semua sistem, tetapi untuk sistem besar peraturan mekanikal kuantum dengan cepat menjadi sangat kompleks. Konsep utama ialah kuantum kuantum, contoh mudahnya ialah konsep putaran. Elektron individu mempunyai putaran, jadi dalam praktiknya satu elektron boleh mempunyai putaran yang diarahkan ke atas atau ke bawah berkenaan dengan paksi spatial yang dipilih. Putaran elektron adalah kuantiti yang boleh diperhatikan kerana elektron menghasilkan medan magnet yang lemah, sama dengan medan bar magnet. Kemudian berputar ke atas bermakna kutub utara elektron menghala ke bawah, dan berputar ke bawah bermakna kutub utara menghala ke atas. Dua elektron boleh diletakkan dalam keadaan kuantum terkonjugasi, di mana satu daripadanya mempunyai putaran ke atas dan satu lagi mempunyai putaran ke bawah, tetapi adalah mustahil untuk mengetahui elektron mana yang mempunyai putaran mana. Pada dasarnya, dalam keadaan dasar atom helium, dua elektron berada dalam keadaan ini, dipanggil singlet putaran, kerana jumlah putaran kedua-dua elektron adalah sifar. Jika kita memisahkan kedua-dua elektron ini tanpa mengubah putaran mereka, kita masih boleh mengatakan bahawa ia adalah singlet putaran bersama-sama, tetapi kita masih tidak dapat mengatakan apakah putaran salah satu daripadanya secara individu. Sekarang, jika kita mengukur salah satu putaran mereka dan menetapkan bahawa ia diarahkan ke atas, maka kita akan benar-benar yakin bahawa putaran kedua diarahkan ke bawah. Dalam situasi ini, kita mengatakan bahawa putaran terikat—tidak dengan sendirinya mempunyai nilai yang pasti, manakala bersama-sama mereka berada dalam keadaan kuantum yang pasti.
Einstein sangat mengambil berat tentang fenomena keterikatan: ia seolah-olah mengancam prinsip asas teori relativiti. Mari kita pertimbangkan kes dua elektron dalam keadaan singlet putaran, apabila ia berjauhan di angkasa. Yang pasti, biarkan Alice mengambil salah seorang daripada mereka dan Bob mengambil yang lain. Katakan Alice mengukur putaran elektronnya dan mendapati ia diarahkan ke atas, tetapi Bob tidak mengukur apa-apa. Sehingga Alice melakukan pengukurannya, adalah mustahil untuk mengetahui apakah putaran elektronnya. Tetapi sebaik sahaja dia menyelesaikan pengukurannya, dia benar-benar tahu bahawa putaran elektron Bob diarahkan ke bawah (dalam arah yang bertentangan dengan putaran elektronnya sendiri). Adakah ini bermakna bahawa ukurannya serta-merta meletakkan elektron Bob dalam keadaan berputar ke bawah? Bagaimanakah ini boleh berlaku jika elektron dipisahkan secara spatial? Einstein dan rakan sekerjanya Nathan Rosen dan Boris Podolsky merasakan bahawa kisah mengukur sistem terjerat adalah sangat serius sehingga mengancam kewujudan mekanik kuantum. Einstein-Podolsky-Rosen Paradox (EPR) yang mereka rumuskan menggunakan eksperimen pemikiran yang serupa dengan eksperimen yang baru kami terangkan untuk membuat kesimpulan bahawa mekanik kuantum tidak boleh menjadi penerangan lengkap tentang realiti. Kini, berdasarkan penyelidikan teori seterusnya dan banyak pengukuran, konsensus umum telah ditetapkan bahawa paradoks EPR mengandungi ralat dan teori kuantum adalah betul. Jalinan mekanikal kuantum adalah nyata: pengukuran sistem terjerat akan berkorelasi walaupun sistem tersebut berjauhan dalam ruang masa.
Mari kita kembali kepada situasi di mana kita meletakkan dua elektron dalam keadaan singlet putaran dan memberikannya kepada Alice dan Bob. Apakah yang boleh kita ceritakan tentang elektron sebelum pengukuran dibuat? Bahawa kedua-duanya bersama-sama berada dalam keadaan kuantum tertentu (spin-singlet). Putaran elektron Alice berkemungkinan sama untuk diarahkan ke atas atau ke bawah. Lebih tepat lagi, keadaan kuantum elektronnya dengan kebarangkalian yang sama boleh menjadi satu (berpusing ke atas) atau yang lain (berpusing ke bawah). Sekarang bagi kami konsep kebarangkalian mengambil makna yang lebih mendalam daripada sebelumnya. Sebelum ini kami melihat keadaan kuantum tertentu (keadaan dasar atom hidrogen) dan melihat bahawa terdapat beberapa soalan "menyusahkan", seperti "Di manakah elektron?" - soalan yang jawapannya hanya wujud dalam erti kata kebarangkalian. Jika kita bertanya soalan "baik", seperti "Apakah tenaga elektron ini?", kita akan mendapat jawapan yang pasti. Sekarang, tiada soalan "baik" yang boleh kita tanyakan tentang elektron Alice yang tidak mempunyai jawapan yang bergantung pada elektron Bob. (Kami tidak bercakap tentang soalan bodoh seperti "Adakah elektron Alice mempunyai putaran?" - soalan yang hanya ada satu jawapan.) Jadi, untuk menentukan parameter separuh daripada sistem terjerat, kita perlu menggunakan bahasa probabilistik. Kepastian hanya timbul apabila kita mempertimbangkan kaitan antara soalan yang mungkin ditanya oleh Alice dan Bob tentang elektron mereka.
Kami sengaja bermula dengan salah satu sistem mekanikal kuantum paling mudah yang kami tahu: sistem putaran elektron individu. Terdapat harapan bahawa komputer kuantum akan dibina berdasarkan sistem mudah tersebut. Sistem putaran elektron individu atau sistem kuantum setara yang lain kini dipanggil qubits (singkatan daripada "bit kuantum"), menekankan peranannya dalam komputer kuantum, serupa dengan peranan yang dimainkan oleh bit biasa dalam komputer digital.
Mari kita bayangkan bahawa kita menggantikan setiap elektron dengan sistem kuantum yang lebih kompleks dengan banyak, bukan hanya dua, keadaan kuantum. Sebagai contoh, mereka memberikan Alice dan Bob bar magnesium tulen. Sebelum Alice dan Bob pergi secara berasingan, bar mereka boleh berinteraksi, dan kami bersetuju bahawa dengan berbuat demikian mereka memperoleh keadaan kuantum biasa tertentu. Sebaik sahaja Alice dan Bob berpisah, bar magnesium mereka berhenti berinteraksi. Seperti dalam kes elektron, setiap bar berada dalam keadaan kuantum tak tentu, walaupun bersama-sama, seperti yang kita percaya, mereka membentuk keadaan yang jelas. (Dalam perbincangan ini, kami mengandaikan bahawa Alice dan Bob dapat menggerakkan bar magnesium mereka tanpa mengganggu keadaan dalaman mereka dalam apa jua cara, sama seperti sebelum ini kami mengandaikan bahawa Alice dan Bob boleh memisahkan elektron terikat mereka tanpa mengubah putaran mereka.) Tetapi ada perbezaan Perbezaan antara eksperimen pemikiran ini dan eksperimen elektron ialah ketidakpastian dalam keadaan kuantum setiap bar adalah sangat besar. Bar mungkin memperoleh lebih banyak keadaan kuantum daripada bilangan atom di Alam Semesta. Di sinilah termodinamik memainkan peranan. Sistem yang sangat tidak jelas mungkin mempunyai beberapa ciri makroskopik yang jelas. Ciri sedemikian adalah, sebagai contoh, suhu. Suhu ialah ukuran tentang kemungkinan mana-mana bahagian sistem mempunyai purata tenaga tertentu, dengan suhu yang lebih tinggi sepadan dengan kemungkinan yang lebih besar untuk mempunyai tenaga yang lebih besar. Parameter termodinamik lain ialah entropi, yang pada asasnya sama dengan logaritma bilangan keadaan yang boleh diandaikan oleh sistem. Satu lagi ciri termodinamik yang penting untuk bar magnesium ialah kemagnetan bersihnya, yang pada asasnya merupakan parameter yang menunjukkan berapa banyak elektron spin-up yang terdapat dalam bar daripada elektron spin-down.
Kami membawa termodinamik ke dalam cerita kami sebagai satu cara untuk menerangkan sistem yang keadaan kuantumnya tidak diketahui dengan tepat kerana terjeratnya dengan sistem lain. Termodinamik ialah alat yang berkuasa untuk menganalisis sistem sedemikian, tetapi penciptanya sama sekali tidak membayangkan penggunaannya dengan cara ini. Sadi Carnot, James Joule, Rudolf Clausius adalah tokoh revolusi perindustrian abad ke-XNUMX, dan mereka berminat dengan soalan yang paling praktikal: bagaimana enjin berfungsi? Tekanan, isipadu, suhu dan haba adalah daging dan darah enjin. Carnot menegaskan bahawa tenaga dalam bentuk haba tidak boleh ditukar sepenuhnya kepada kerja yang berguna seperti mengangkat beban. Sesetengah tenaga akan sentiasa dibazirkan. Clausius membuat sumbangan besar kepada penciptaan idea entropi sebagai alat universal untuk menentukan kehilangan tenaga semasa sebarang proses yang melibatkan haba. Pencapaian utamanya ialah kesedaran bahawa entropi tidak pernah berkurangan - dalam hampir semua proses ia meningkat. Proses di mana peningkatan entropi dipanggil tidak boleh balik, tepat kerana ia tidak boleh diterbalikkan tanpa penurunan entropi. Langkah seterusnya ke arah pembangunan mekanik statistik telah diambil oleh Clausius, Maxwell dan Ludwig Boltzmann (antara banyak lagi) - mereka menunjukkan bahawa entropi adalah ukuran gangguan. Biasanya, semakin anda bertindak atas sesuatu, semakin banyak gangguan yang anda buat. Dan walaupun anda mereka bentuk proses yang matlamatnya adalah untuk memulihkan ketenteraman, ia pasti akan mencipta lebih banyak entropi daripada yang akan dimusnahkan—contohnya, dengan melepaskan haba. Kren yang meletakkan rasuk keluli dalam susunan yang sempurna mencipta susunan dari segi susunan rasuk, tetapi semasa operasinya ia menghasilkan terlalu banyak haba sehingga entropi keseluruhan masih meningkat.
Namun begitu, perbezaan antara pandangan termodinamik ahli fizik abad ke-XNUMX dan pandangan yang berkaitan dengan keterikatan kuantum tidaklah sehebat yang disangka. Setiap kali sistem berinteraksi dengan agen luar, keadaan kuantumnya menjadi terikat dengan keadaan kuantum ejen. Biasanya, jalinan ini membawa kepada peningkatan dalam ketidakpastian keadaan kuantum sistem, dengan kata lain, kepada peningkatan dalam bilangan keadaan kuantum di mana sistem boleh berada. Hasil daripada interaksi dengan sistem lain, entropi, yang ditakrifkan dari segi bilangan keadaan kuantum yang tersedia untuk sistem, biasanya meningkat.
Secara umum, mekanik kuantum menyediakan cara baharu untuk mencirikan sistem fizikal di mana beberapa parameter (seperti kedudukan dalam ruang) menjadi tidak pasti, tetapi yang lain (seperti tenaga) sering diketahui dengan pasti. Dalam kes keterikatan kuantum, dua bahagian sistem yang berasingan secara asasnya mempunyai keadaan kuantum sepunya yang diketahui, dan setiap bahagian secara berasingan mempunyai keadaan tidak pasti. Contoh standard keterjeratan ialah sepasang putaran dalam keadaan singlet, di mana adalah mustahil untuk menentukan putaran mana ke atas dan ke bawah. Ketidakpastian keadaan kuantum dalam sistem besar memerlukan pendekatan termodinamik di mana parameter makroskopik seperti suhu dan entropi diketahui dengan ketepatan yang tinggi, walaupun sistem itu mempunyai banyak kemungkinan keadaan kuantum mikroskopik.
Setelah menyelesaikan lawatan singkat kami ke dalam bidang mekanik kuantum, keterikatan dan termodinamik, mari kita cuba memahami bagaimana semua ini membawa kepada pemahaman hakikat bahawa lubang hitam mempunyai suhu. Langkah pertama ke arah ini dibuat oleh Bill Unruh - dia menunjukkan bahawa pemerhati yang memecut dalam ruang rata akan mempunyai suhu yang sama dengan pecutannya dibahagikan dengan 2π. Kunci pengiraan Unruh ialah pemerhati yang bergerak dengan pecutan berterusan ke arah tertentu hanya boleh melihat separuh daripada ruang masa rata. Separuh masa kedua pada dasarnya berada di belakang ufuk yang serupa dengan lubang hitam. Pada mulanya ia kelihatan mustahil: bagaimana ruang masa rata boleh berkelakuan seperti ufuk lubang hitam? Untuk memahami bagaimana keadaan ini berlaku, mari kita hubungi pemerhati setia kami Alice, Bob dan Bill untuk mendapatkan bantuan. Atas permintaan kami, mereka berbaris, dengan Alice di antara Bob dan Bill, dan jarak antara pemerhati dalam setiap pasangan adalah tepat 6 kilometer. Kami bersetuju bahawa pada masa sifar Alice akan melompat ke dalam roket dan terbang ke arah Bill (dan oleh itu menjauhi Bob) dengan pecutan yang berterusan. Roketnya sangat baik, mampu mengembangkan pecutan 1,5 trilion kali lebih besar daripada pecutan graviti yang mana objek bergerak berhampiran permukaan Bumi. Sudah tentu, tidak mudah bagi Alice untuk menahan pecutan sedemikian, tetapi, seperti yang akan kita lihat sekarang, nombor ini dipilih untuk tujuan tertentu; pada penghujung hari, kita hanya membincangkan peluang yang berpotensi, itu sahaja. Tepat pada masa Alice melompat ke dalam roketnya, Bob dan Bill melambai kepadanya. (Kami mempunyai hak untuk menggunakan ungkapan "tepat pada masa ketika ...", kerana sementara Alice belum memulakan penerbangannya, dia berada dalam kerangka rujukan yang sama seperti Bob dan Bill, jadi mereka semua boleh menyegerakkan jam mereka .) Melambai Alice, sudah tentu, melihat Bill kepadanya: namun, berada di dalam roket, dia akan melihatnya lebih awal daripada ini akan berlaku jika dia tinggal di tempat dia berada, kerana roketnya bersamanya terbang tepat ke arahnya. Sebaliknya, dia menjauhkan diri daripada Bob, jadi kita boleh mengandaikan dengan munasabah bahawa dia akan melihat dia melambai kepadanya sedikit lewat daripada yang dia akan lihat jika dia kekal di tempat yang sama. Tetapi kebenarannya lebih mengejutkan: dia tidak akan melihat Bob sama sekali! Dalam erti kata lain, foton yang terbang dari tangan Bob yang melambai kepada Alice tidak akan mengejarnya, walaupun memandangkan dia tidak akan dapat mencapai kelajuan cahaya. Jika Bob mula melambai, lebih dekat sedikit dengan Alice, maka foton yang terbang darinya pada saat pemergiannya akan memintasnya, dan jika dia berada jauh sedikit, mereka tidak akan mengatasinya. Dalam pengertian inilah kita mengatakan bahawa Alice hanya melihat separuh daripada ruang masa. Pada masa Alice mula bergerak, Bob berada jauh sedikit daripada ufuk yang Alice perhatikan.
Dalam perbincangan kami tentang keterikatan kuantum, kami telah terbiasa dengan idea bahawa walaupun sistem mekanikal kuantum secara keseluruhan mempunyai keadaan kuantum tertentu, beberapa bahagian mungkin tidak memilikinya. Malah, apabila kita membincangkan sistem kuantum yang kompleks, beberapa bahagian daripadanya boleh dicirikan dengan tepat dari segi termodinamik: ia boleh ditetapkan suhu yang jelas, walaupun keadaan kuantum yang sangat tidak pasti bagi keseluruhan sistem. Kisah terakhir kami yang melibatkan Alice, Bob dan Bill adalah agak seperti situasi ini, tetapi sistem kuantum yang kami bincangkan di sini adalah ruang masa kosong, dan Alice hanya melihat separuh daripadanya. Mari kita membuat tempahan bahawa ruang-masa secara keseluruhan berada dalam keadaan asasnya, yang bermaksud tiada zarah di dalamnya (sudah tentu, tidak termasuk Alice, Bob, Bill dan roket). Tetapi bahagian ruang masa yang Alice lihat tidak akan berada dalam keadaan dasar, tetapi dalam keadaan terjerat dengan bahagian yang tidak dilihatnya. Ruang-masa yang dirasakan oleh Alice berada dalam keadaan kuantum yang kompleks dan tidak tentu yang dicirikan oleh suhu terhingga. Pengiraan Unruh menunjukkan bahawa suhu ini adalah lebih kurang 60 nanokelvin. Ringkasnya, semasa Alice memecut, dia seolah-olah direndam dalam mandian sinaran hangat dengan suhu yang sama (dalam unit yang sesuai) dengan pecutan dibahagikan dengan
nasi. 7.1. Alice bergerak dengan pecutan daripada rehat, manakala Bob dan Bill kekal tidak bergerak. Pecutan Alice adalah sedemikian rupa sehingga dia tidak akan melihat foton yang dihantar oleh Bob pada t = 0. Walau bagaimanapun, dia menerima foton yang dihantar Bill padanya pada t = 0. Hasilnya ialah Alice hanya dapat memerhati separuh daripada ruang masa.
Perkara yang pelik tentang pengiraan Unruh ialah walaupun mereka merujuk dari awal hingga akhir kepada ruang kosong, mereka bercanggah dengan kata-kata terkenal Raja Lear, "daripada tiada tiada datang." Bagaimanakah ruang kosong boleh menjadi begitu kompleks? Di manakah zarah itu boleh datang? Hakikatnya ialah mengikut teori kuantum, ruang kosong tidak kosong sama sekali. Di dalamnya, di sana sini, pengujaan jangka pendek sentiasa muncul dan hilang, dipanggil zarah maya, yang tenaganya boleh menjadi positif dan negatif. Seorang pemerhati dari masa depan yang jauh—mari panggil dia Carol—yang dapat melihat hampir semua ruang kosong boleh mengesahkan bahawa tiada zarah tahan lama di dalamnya. Lebih-lebih lagi, kehadiran zarah dengan tenaga positif dalam bahagian ruang-masa yang Alice boleh perhatikan, disebabkan keterjeratan kuantum, dikaitkan dengan pengujaan tanda tenaga yang sama dan bertentangan di bahagian ruang-masa yang tidak dapat diperhatikan untuk Alice. Keseluruhan kebenaran tentang ruang masa kosong secara keseluruhan didedahkan kepada Carol, dan kebenaran itu ialah tiada zarah di sana. Walau bagaimanapun, pengalaman Alice memberitahunya bahawa zarah itu ada!
Tetapi ternyata bahawa suhu yang dikira oleh Unruh nampaknya hanya fiksyen - ia bukanlah harta ruang rata seperti itu, sebaliknya sifat pemerhati yang mengalami pecutan berterusan dalam ruang rata. Walau bagaimanapun, graviti itu sendiri adalah daya "fiksyen" yang sama dalam erti kata "pecutan" yang ditimbulkannya tidak lebih daripada pergerakan sepanjang geodesik dalam metrik melengkung. Seperti yang kami jelaskan dalam Bab 2, prinsip kesetaraan Einstein menyatakan bahawa pecutan dan graviti pada asasnya adalah setara. Dari sudut pandangan ini, tiada apa-apa yang mengejutkan tentang ufuk lohong hitam yang mempunyai suhu yang sama dengan pengiraan Unruh tentang suhu pemerhati yang memecut. Tetapi, bolehkah kita bertanya, apakah nilai pecutan yang harus kita gunakan untuk menentukan suhu? Dengan bergerak cukup jauh dari lohong hitam, kita boleh menjadikan tarikan gravitinya lemah seperti yang kita suka. Adakah ini bermakna untuk menentukan suhu berkesan lubang hitam yang kita ukur, kita perlu menggunakan nilai pecutan yang sama kecil? Soalan ini ternyata agak berbahaya, kerana, seperti yang kita percaya, suhu objek tidak boleh menurun sewenang-wenangnya. Diandaikan bahawa ia mempunyai beberapa nilai terhingga tetap yang boleh diukur walaupun oleh pemerhati yang sangat jauh.
Sumber: www.habr.com