Gëzuar Dita e Kosmonautikës! Ne e dorëzuam në tipografi . Pikërisht në këto ditë astrofizikët i treguan botës se si duken vrimat e zeza. Rastësi? Não mendojmë 😉 Prandaj prisni, së shpejti do të dalë një libër të mahnitshëm, të shkruar nga Steven Gabser dhe Frans Pretorius, përkthyer nga astronomi i shkëlqyer i Pulkovos aka Astroded Kirill Maslennikov, me redaktimin shkencor të legjendës Vladimir Surdin dhe mbështetje financiare nga fondi Trajektoria.
Një fragment nga «Termodinamika e vrimave të zeza» më poshtë.
Deri më tani, ne i kemi konsideruar vrimat e zeza si objekte astrofizikë që janë formuar gjatë shpërthimeve të supernovave ose që ndodhen në qendrat e galaksive. Ne i vëzhgojmë ato në mënyrë të drejtpërdrejtë, duke matur akceleracionet e yjeve që janë afër tyre. Regjistrimi i njohur i valëve gravitacionale nga ndjeshëm LIGO më 14 Shtator 2015 u bë një shembull i vëzhgimeve më të drejtpërdrejta të përplasjeve mes vrimave të zeza. Mjetet matematikore që përdorim për të arritur një kuptim më të mirë të natyrës së vrimave të zeza janë: gjeometria diferenciale, ekuacionet e Einstein-it dhe metodat analitike dhe numerike të fuqishme të aplikuara për zgjidhjen e ekuacioneve të Einstein-it dhe për përshkrimin e gjeometrisë së hapësirës-koha që prodhojnë vrimat e zeza. Dhe sa herë që do të jemi në gjendje të ofrojmë një përshkrim të plotë sasior të hapësirës-koha që shkaktohet nga një vrimë e zezë, nga një pikëpamje astrofizike, tema e vrimave të zeza do të mund të konsiderohet e mbyllur. Në një perspektivë më të gjerë teorike, ka dhe shumë mundësi të tjera për hulumtim. Qëllimi i këtij kapitulli është të flasë për disa arritje teorike të fizikës moderne të vrimave të zeza, në të cilat idetë e termodinamikës dhe teorisë kuantike bashkohen me teorinë e përgjithshme të relativitetit, duke prodhuar koncepte të pazakonta të reja. Ideja kryesore është se vrimat e zeza nuk janë thjesht objekte gjeometrike. Ato kanë temperaturë, kanë një entropi të madhe dhe mund të tregojnë manifestime të ngatërrimit kuantik. Reflektimet tona mbi aspektet termodinamike dhe kuantike të fizikës së vrimave të zeza do të jenë më të shkurtra dhe më të sipërfaqshme se analiza e karakteristikave të pastër gjeometrike të hapësirës-koha në vrimat e zeza që u paraqit në kapitujt e mëparshëm. Por këto aspekte, veçanërisht ato kuantike, janë një pjesë thelbësore dhe jetike e kërkimeve teorike në vazhdim mbi vrimat e zeza, dhe ne do të përpiqemi shumë të përcjellim, nëse jo detajet e komplikuara, së paku shpirtin e këtyre punëve.
Në teorinë klasike të relativitetit të përgjithshëm — nëse flasim për gjeometrinë diferenciale të zgjidhjeve të ekuacioneve të Einstein — njëqind e zeza janë vërtet të zeza në atë kuptim që nuk ka asgjë që mund të dalë prej tyre. Stephen Hawking tregoi se kjo situatë ndryshon plotësisht kur marrim parasysh efektet kuantike: njëqind e zeza, si duket, emitojnë rrezatim me një temperaturë të caktuar, e njohur si temperatura e Hawking. Për të njëqind e zeza me madhësi astrofizike (do të thotë nga njëqind e zeza të masave yjore deri te ato supermasive) temperatura e Hawking është shumë e vogël në krahasim me temperaturën e fondeve kozmike mikrovalore — rrezatimi që mbush tërë Universin, i cili, për rastësi, gjithashtu mund të konsiderohet si një variant i rrezatimit të Hawking. Llogaritjet e kryera nga Hawking për përcaktimin e temperaturës së njëqind e zezave janë një pjesë e një programi më të gjerë kërkimesh në fushën e njohur si termodinamika e njëqind e zezave. Një tjetër pjesë e madhe e këtij programi është studimi i entropisë së njëqind e zezave, e cila karakterizon sasinë e informacionit që humbet brenda njëqind e zezave. Objekte të zakonshme (të tilla si një kupë me ujë, një blok magnezi të pastër ose një yll) gjithashtu kanë entropi, dhe një nga pohimet qendrore të termodinamikës së njëqind e zezave është se një njëqind e zezë e këtij madhësie ka një entropi më të madhe se çdo formë tjetër matière që mund të përfshihet në një zonë të njëllojshme, por pa formimin e njëqind e zezave.
Por para se thellë në shqyrtimin e problemeve që lidhen me rrezatimin e Hokingut dhe entropinë e vrimave të zeza, le të bëjmë një shpejtim në fushat e mekanikës kuantike, termodinamikës dhe ngatërrimit. Mekanika kuantike u zhvillua kryesisht në vitet 1920 dhe qëllimi i saj kryesor ishte përshkrimi i pjesëve të vogla të materies, si atomet. Zhvillimi i mekanikës kuantike çoi në mjegullimin e koncepteve themelore të fizikës, si pozita e saktë e një partie individuale: për shembull, doli se pozita e një elektroni ndërsa ai lëviz rreth bërthamës atomike nuk mund të përcaktohet saktësisht. Në vend të kësaj, elektroreve iu atribuohen orbitat e quajtura, në të cilat pozitat e tyre të vërteta mund të përcaktohen vetëm në një kuptim probabilistik. Megjithatë, për qëllimet tona, është e rëndësishme të mos kalojmë në këtë anë probabilistike shumë shpejt. Le të marrim një shembull të thjeshtë: atomi i hidrogjenit. Ai mund të jetë në një gjendje të caktuar kuantike. Gjendja më e thjeshtë e atomit të hidrogjenit, e quajtur gjendja themelore, është ajo me energjinë më të ulët, dhe kjo energji është saktësisht e njohur. Në një kuptim më të përgjithshëm, mekanika kuantike na lejon (në parim) të dimë gjendjen e çdo sistemi kuantik me saktësi absolute.
Probabilitetet dalin në skenë kur ne bëjmë pyetje të caktuara për një sistem mekanik kuantik. Për shembull, nëse është e sigurt që atomi i hidrogjenit është në gjendje themelore, mund të pyesim: "Ku është elektroni?" dhe sipas ligjeve të mekanikës kuantike,
do të marrim për këtë pyetje vetëm një vlerësim të probabilitetit, afërsisht diçka si: "me siguri, elektroni ndodhet në një distancë deri në gjysmën e angström nga bërthama e atomit të hidrogjenit" (një angström është një 
metra). Por ndaj, kemi mundësinë përmes një procesi fizik të caktuar që të gjejmë pozicionin e elektroneve shumë më saktë se një angstrom. Ky proces, i zakonshëm në fizikë, përfshin dërgimin e një fotoni me gjatësi të valës shumë të shkurtër në elektron (ose, siç thonë fizikantët, shpërndarjen e fotonit në elektron) — pas kësaj, ne mund të rikonstruktojmë pozicionin e elektronit në momentin e shpërndarjes me saktësi, që është afërsisht e barabartë me gjatësi të valës së fotonit. Por ky proces do të ndryshojë gjendjen e elektronit, kështu që pas kësaj ai nuk do të jetë më në gjendjen themelore të atomeve të hidrogjenit dhe nuk do të ketë një energji të përkufizuar me saktësi. Megjithatë, për njëfarë kohe pozita e tij do të jetë pothuajse e përcaktuar me saktësi (me saktësi deri në gjatësi të valës së fotonit të përdorur për këtë qëllim). Një vlerësim preliminar i pozicionit të elektronit mund të kryhet vetëm në një kuptim probabilistik me saktësi rreth një angstrom, por sa herë që e matim, ne e dimë me saktësi se çfarë ka qenë. Në përmbledhje, nëse në ndonjë mënyrë kemi matës një sistem kuantik-mekanik, atëherë, të paktën në kuptimin e pranuar gjerësisht, ne
Mekanika kuantike është e aplikueshme jo vetëm për sistemet e vogla, por edhe (siç besojmë) për të gjitha sistemet, megjithatë për sistemet e mëdha, rregullat kuantike shpejt bëhen shumë të komplikuara. Një koncept kyç është ngatërrimi kuantik, një shembull i thjeshtë i të cilit mund të jetë koncepti i spin-it (rrotullimit). Elektronët individualë kanë spin, prandaj në praktikë një elektron i vetëm mund të ketë spin të drejtuar lart ose poshtë në lidhje me një bosht hapësinor të zgjedhur. Spin-i i elektronit është një vlerë e vëzhgueshme, sepse elektronet krijojnë një fushë magnetike të dobët, të ngjashme me fushën e një magneti. Pra, spin-i i drejtuar lart do të thotë se poli verior i elektronit tregon poshtë, ndërsa spin-i i drejtuar poshtë do të thotë se poli verior "shikon" lart. Dy elektronë mund të vendosen në një gjendje kuantike të lidhur, ku njëri ka spin të drejtuar lart dhe tjetri poshtë, por nuk është e mundur të thuhet se cili nga elektronët ka cilin spin. Në thelb, në gjendjen themelore të atomeve të heliumit, dy elektronë janë në një gjendje të tillë, të quajtur spin-singlet, pasi spin-i total i të dy elektronëve është zero. Nëse i ndajmë këta dy elektronë pa ndryshuar spinet e tyre, ende mund të vazhdojmë të pretendojmë se janë së bashku spin-singlet, por ende nuk do të mund të themi se çfarë do të jetë spin-i i secilit nga ata ndarë. Tani, nëse masim spin-in e njërit prej tyre dhe zbulojmë se ai është i drejtuar lart, atëherë do të jemi plotësisht të sigurt se tjetri është i drejtuar poshtë. Në këtë situatë, ne themi se spinet janë të ngatërruara — asnjëra vetë nuk ka një vlerë të caktuar, ndërsa së bashku ata janë në një gjendje të caktuar kuantike.
Einstein ishte shumë i shqetësuar për fenomenin e ngatërrimit: dukej se ky fenomen kërcënonte parimet bazë të teorisë së relativitetit. Le të shqyrtojmë rastin e dy elektroneve në një gjendje spin-singlet, kur ato janë të ndara shumë larg njëra-tjetrës në hapësirë. Për të qenë të qartë, le të quajmë një nga to Alice dhe tjetrën Bob. Supozoni se Alice mat spin-in e elektronit të saj dhe zbulohet se ai është orientuar lart, ndërsa Bob nuk ka bërë asnjë matje. Deri në momentin që Alice realizon matjen e saj, nuk ka qenë e mundur të thuhet se si është spin-i i elektronit të tij. Por sa herë që ajo e përfundon matjen e saj, ajo e di me saktësi se spin-i i elektronit të Bob-it është orientuar poshtë (në drejtimin e kundërt me spin-in e elektronit të saj). A do të thotë kjo se matja e saj e kaloi menjëherë elektronin e Bob-it në një gjendje ku spin-i i tij është orientuar poshtë? Si mund të ndodhte kjo, nëse elektronet janë të ndara në hapësirë? Einstein dhe bashkëpunëtorët e tij Nathan Rosen dhe Boris Podolsky ndiheshin se historia e matjes së sistemeve të ngatërruara ishte kaq serioze, saqë kërcënonte vetë ekzistencën e mekanikës kuantike. Parashtrimi i tyre, paradoksi Einstein-Podolsky-Rosen (EPR), përdor një eksperiment të menduar, të ngjashëm me atë që sapo e përshkruam, për të arritur në përfundimin se mekanika kuantike nuk mund të jetë një përshkrim i plotë i REALITETIT. Tani, mbi baza të hulumtimeve teorike të ndjekura dhe një numri të madh matjesh, është krijuar një konsensus i përgjithshëm se paradoksi EPR përmban një gabim dhe se teoria kuantike është e saktë. Ngatërrimi kuantik është real: matjet e sistemeve të ngatërruara do të korrelacionohen, edhe nëse këto sisteme janë të ndara shumë larg në hapësirë-kohe.
Të kthehemi tek situata ku vendosëm dy elektrone në një gjendje spin-singlet dhe ia dhamë ato Alicës dhe Bobit. Çfarë mund të themi për elektronet para se të bëjmë matjet? Të dyja së bashku janë në një gjendje të caktuar kuantik (spin-singlet). Spin-i i elektronit të Alicës është i orientuar me të njëjtën mundësi lart ose poshtë. Më saktë, gjendja kuantike e elektronit të saj mund të jetë një (spin lart) ose tjetër (spin poshtë) me të njëjtën mundësi. Tani, për ne, nocioni i mundësisë merr një kuptim më të thellë se më parë. Më parë, ne shqyrtuam një gjendje të caktuar kuantike (gjendja themelore e atomit të hidrogjenit) dhe pamë që ekzistojnë disa pyetje “të bezdisshme”, si p.sh., “Ku ndodhet elektroni?”, pyetje për të cilat përgjigjet ekzistojnë vetëm në një sens probabilistik. Nëse do të bënim “pyetje të mira”, si: “Cila është energjia e këtij elektroni?”, do të merrnim përgjigje të caktuara për to. Tani, nuk ka “pyetje të mira” që mund të bënim për elektronin e Alicës, përgjigjet e të cilave nuk varen nga elektroni i Bobit. (Nuk po flasim për pyetje të kota si “A ka spin elektroni i Alicës?” – pyetje për të cilat ekziston vetëm një përgjigje.) Pra, për të përcaktuar parametrat e një prej gjysmë-sistemeve të ngatërruara, ne do të duhet të përdorim gjuhën e probabilitetit. Caktueshmëria shfaqet vetëm kur shqyrtojmë lidhjen ndërmjet pyetjeve që mund të bëjnë për elektronet e tyre Alicia dhe Bobi.
Ne qëllimisht filluam me një nga sistemet më të thjeshta kuantike mekanike që njohim: sistemin e spinve të elektronëve individualë. Ka shpresë se mbi bazën e sistemeve të tilla të thjeshta do të ndërtohen kompjuterë kuantikë. Sistemi i spinve të elektronëve individualë apo sisteme të tjera ekuivalente kuantike tani quhen kubite (shkurtim për 'bitet kuantike'), që nënvizon rolin e tyre në kompjuterët kuantikë, të ngjashëm me rolin që luajnë bitet e zakonshme në kompjuterët dixhitalë.
Tani qoftë se tani e imaginejmë se çdo elektron e kemi zëvendësuar me një sistem kvantor më të ndërlikuar me shumë, e jo vetëm dy gjendje kuantike. Për shembull, t’u japim Alicës dhe Bobit blloqe prej magnezi të pastër. Para se Alice dhe Bobi të shkojnë secili në punët e veta, blloqet e tyre mund të ndërveprojnë dhe ne do të bien dakord që në këtë rast ata fitojnë një gjendje të përbashkët kuantike të caktuar. Sa herë që Alice dhe Bobi ndahen, blloqet e tyre të magnezit nuk ndërveprojnë më. Ashtu si në rastin e elektroneve, çdo bllok është në një gjendje kuantike të pacaktuar, megjithatë, së bashku, siç mendojmë, ata formojnë një gjendje të qartë. (Në këtë diskutim supozojmë se Alice dhe Bobi janë në gjendje të lëvizin blloqet e tyre të magnezit pa e prishur gjendjen e brendshme, ashtu siç supozonim më parë që Alice dhe Bobi mund të ndanin elektronet e tyre të ngatërruara pa e ndryshuar spinin e tyre.) Por ndryshimi midis këtij eksperimentin mendor dhe eksperimentit me elektrone qëndron në faktin se pasiguria e gjendjes kuantike të çdo blloku është shumë e madhe. Një bllok mund të fitojë shumë më tepër gjendje kuantike se sa numri i atomeve në të gjithë Universin. Këtu hyn në skenë termodinamika. Sistemet shumë të pacaktuara megjithatë mund të kenë disa karakteristika makroskopike të caktuara mirë. Një karakteristikë e tillë është, për shembull, temperatura. Temperatura është një masë e asaj se sa me probabilitet çdo pjesë e sistemit ka energjinë mesatare të caktuar, ku një temperaturë më e lartë i përgjigjet një probabiliteti më të madh për të pasur energji më të lartë. Një parameter tjetër termodinamik është entropia, që në thelb është baraz me logaritin e numrit të gjendjeve që sistemi mund të pranojë. Një karakteristikë tjetër termodinamike, e cila do të ishte e rëndësishme për bllokun e magnezit, është magnetizmi i tij total, që esencialisht është një parameter që tregon se sa më shumë elektrone me spin të drejtuar lart mund të ketë në bllok në krahasim me ato me spin të drejtuar poshtë.
Ne sjellëm dinamikën termike në tregimin tonë si një mënyrë për të përshkruar sistemet, gjendjet kuantike të cilave nuk u dihet saktësisht gjendja për shkak të gabimeve me sisteme të tjera. Termodinamika është një mjet i fuqishëm për analizimin e këtyre sistemeve, por krijuesit e saj nuk e kishin parashikuar kështu përdorimin e saj. Sadi Karno, James Joule, Rudolf Clausius ishin figura kryesore të revolucionit industrial të shekullit të XIX, dhe ndiheshin të preokupuar nga pyetja më praktike nga të gjitha: si funksionojnë motorët? Presioni, vëllimi, temperatura dhe ngrohtësia janë thelbësore për motorët. Karno ngriti teorinë se energia në formën e ngrohtësisë kurrë nuk mund të shndërrohet plotësisht në punë të dobishme, si ngritja e ngarkesave. Një pjesë e energjisë gjithmonë do të shkarkohet dëm. Clausius kontribuoi në themelimin e idesë së entropisë si një mjet universal për të përcaktuar humbjet energjetike gjatë çdo procesi që ka të bëjë me ngrohtësinë. Arritja kryesore e tij ishte kuptimi që entropia kurrë nuk zvogëlohet - në pothuajse të gjitha proceset, ajo rritet. Proceset në të cilat entropia rritet quhen të pariparueshme - pikërisht për shkak se ato nuk mund të kthehen prapa pa zvogëluar entropinë. Hapi tjetër në zhvillimin e mekanikës statistike u bë nga Clausius, Maxwell dhe Ludwig Boltzmann (në mesin e shumë të tjerëve) - ata treguan se entropia është një masë e kaosit. Zakonisht, sa më shumë që veproni mbi diçka, aq më shumë kaos krijoni atje. Dhe madje, nëse keni zhvilluar një proces që ka për qëllim të sjellë rregull, gjatë tij do të krijohet gjithmonë më shumë entropi sesa do të shkatërrohet - për shembull, gjatë nxjerrjes së ngrohtësisë. Një kran ngritës që vendos akse çeliku në renditje gjithëpërfshirëse krijon rregull në sensin e vendosjes së aksve, por gjatë funksionimit të tij do të prodhojë aq ngrohtësi, sa që entropia totale do të rritet gjithsesi.
Megjithatë, dallimi midis mënyrës se si fizikët e shekullit të 19 e shohin termodinamikën dhe mënyrës që lidhet me ngatërrimin kuantik nuk është aq i madh sa duket. K çdo herë që një sistem ndërvepron me një agjent të jashtëm, gjendja e tij kuantike ngatërrohet me gjendjen kuantike të agjentit. Zakonisht, kjo ngatërresë çon në rritjen e pasigurisë së gjendjes kuantike të sistemit, me fjalë të tjera, në rritjen e numrit të gjendjeve kuantike në të cilat sistemi mund të ndodhet. Si rezultat i ndërveprimit me sisteme të tjera, entropia, e cila pë definingohet në terma të numrit të gjendjeve kuantike të disponueshme për sistemin, zakonisht rritet.
Në përgjithësi, mekanika kuantike ofron një mënyrë të re për të karakterizuar sistemet fizike, ku disa parametra (p.sh., pozita në hapësirë) bëhen të paqarta, ndërsa të tjerë (p.sh., energia) shpesh njihen saktësisht. Në rastin e ngatërrimit kuantik, dy pjesë thelbësisht të ndara të sistemit kanë një gjendje të përbashkët kuantike të njohur, ndërsa çdo pjesë përveç kësaj ka një gjendje të paqartë. Një shembull standard i ngatërrimit është një çift spinësh në gjendje singlet, ku nuk është e mundur të thuhet se cili spin është i orientuar lart dhe cili poshtë. Pasiguria e gjendjes kuantike në një sistem të madh kërkon një qasje termodinamike, ku parametrat makroskopikë, si temperatura dhe entropia, njihen me një saktësi të madhe, megjithëse sistemi ka shumë gjendje kuantike mikroskopike të mundshme.
Pasi që përfundoi ekskursin tonë të shkurtër në fushën e mekanikës kuantike, ndërlikueshmërisë dhe termodinamikës, le të përpiqemi tani të kuptojmë si gjithçka kjo çon në kuptimin e faktit se black holes kanë temperaturë. Hapi i parë drejt këtij kuptimi u bë nga Bill Unruh — ai tregoi se një vëzhgues në lëvizje do të ketë një temperaturë të barabartë me përshpejtimin e tij të ndarë me 2π. Çelësi për llogaritjet e Unruh është se një vëzhgues që lëviz me një përshpejtim të vazhdueshëm në një drejtim të caktuar, mund të shohë vetëm gjysmë të hapësirës së kohës. Gjysma tjetër, në thelb, ndodhet përtej horizontit, në mënyrë të ngjashme me horizontin e një vrime të zezë. Në fillim, kjo duket e pamundur: si mund të sillet hapësira e kohës si një horizont i vrimës së zezë? Për të kuptuar si ndodh kjo, le të ftojmë vëzhguesit tanë të besueshëm Alice, Bob dhe Bill. Në kërkesën tonë ata rreshtohen në një vijë, me Alice midis Bob dhe Bill, dhe distanca midis vëzhguesve në çdo çift është pikërisht 6 kilometra. Marrëveshja është që në momentin zero Alice do të hidhet në raketë dhe do të fluturojë drejt Bill (dhe pra, larg Bob) me një përshpejtim të vazhdueshëm. Raketë e saj është shumë e mirë, e aftë të zhvillojë një përshpejtim 1.5 trilion herë më të lartë se përshpejtimi gravitetal me të cilin lëvizin objektet afër sipërfaqes së Tokës. Sigurisht, t’i qëndrojë këtij përshpejtimi Alice nuk është e lehtë, por siç do të shohim tani, këto numra janë zgjedhur me një qëllim të veçantë; përfundimisht, ne thjesht po diskutojmë mundësitë potenciale, kjo është e gjitha. Pikërisht momentin kur Alice hidhet në raketën e saj, Bob dhe Bill i përshëndesin me dorë. (Ne kemi të drejtë të përdorim shprehjen "pikërisht në momentin kur...", sepse derisa Alice akoma nuk ka filluar fluturimin, ajo ndodhet në të njëjtën sistem të referencës si Bob dhe Bill, kështu që të gjithë ata mund të sinkronizojnë orët e tyre.) Alice, natyrisht, e sheh Billin që po i përshëndet: megjithatë, duke qenë në raketë, ajo do ta shohë atë më herët se sa do të ndodhte nëse do të kishte mbetur aty ku ishte, sepse raketa e saj, së bashku me të, fluturon pikërisht drejt tij. Ndërsa nga Bob, ajo, përkundrazi, largohet, kështu që ne mund të supozojmë arsyeshëm se ajo do ta shohë atë që po i përshëndet, disa momente më vonë se si do ta kishte parë, sikur të qëndronte në vendin e saj të mëparshëm. Por e vërteta është edhe më e çuditshme: Alice nuk do ta shohë Bob! Me fjalë të tjera, fotonët që fluturojnë nga Bob që po i përshëndet Alice, kurrë nuk do ta arrijnë atë, përveç faktit se ajo kurrë nuk do të mund të arrijë shpejtësinë e dritës. Nëse Bob fillonte të përshëndeste, duke qëndruar pak më afër Alice, atëherë fotonët që i iknin atij në momentin e nisjes së saj do ta arrinin, dhe sikur ai të kishte qëndruar pak më larg, do të ishin edhe më pak të mundshëm që ta arrinin. Në këtë kuptim, ne themi se Alice e sheh vetëm gjysmën e hapësirës së kohës. Në momentin kur Alice fillon të lëvizë, Bob ndodhet pak më larg horizontit që Alice po vëzhgon.
Në diskutimin tonë mbi njëzimin kuantik, ne tashmë jemi mësuar me idenë se megjithëse një sistem kuantik në përgjithësi ka një gjendje të caktuar kuantike, disa pjesë të tij mund të mos e kenë atë. Në fakt, kur diskutojmë një sistem kuantik kompleks, ndonjë pjesë e tij mund të karakterizohet më së miri në kuadër të termodinamikës: i mund të ketë një temperaturë të caktuar, përkundër gjendjes kuantike të tejet të paparashikueshme të sistemit të përgjithshëm. Historia jonë e fundit me pjesëmarrësit Alice, Bob dhe Bill është paksa e ngjashme me këtë situatë, por sistemi kuantik për të cilin flasim këtu është një hapësirë-kohë e zbrazët, dhe Alice sheh vetëm gjysmën e saj. Të precizojmë se hapësira-kohë në përgjithësi është në gjendjen e saj themelore, që do të thotë se nuk ka pjesëza në të (sigurisht, përveç Alice, Bob, Bill dhe raketës). Por ajo pjesë e hapësirës-kohë që sheh Alice do të jetë në një gjendje që nuk është në gjendjen e saj themelore, por në një gjendje që është e lidhur me atë pjesë që ajo nuk e sheh. Hapësira-kohë e perceptuar nga Alice është në një gjendje komplekse dhe të paparashikueshme kuantike, e cila karakterizohet nga një temperaturë përfundimtare. Llogaritjet e Unruh tregojnë se kjo temperaturë është rreth 60 nano-kelvina. Në shkurt, ndërsa përshpejtohet, Alice siç është, zhytet në një banjë të ngrohtë radiacioni me temperaturën e barabartë me (në njësi përkatëse) përshpejtimin e ndarë me 
Fig. 7.1. Alice lëviz me përshpejtim në gjendje qetësie, ndërkohë që Bob dhe Bill qëndrojnë të palëvizur. Përshembulli, përshpejtimi i Alice është pikërisht njësoj që ajo kurrë nuk do të shohë fotonët që Bob dërgon në drejtimin e saj në momentin t = 0. Sidoqoftë, ajo merr fotonët që Bill i dërgon në momentin t = 0. Si rezultat, ndodh që Alice është në gjendje të vëzhgojë vetëm një gjysmë të hapësirës-kohë.
Çuditshmëria e llogaritjeve të Unruh-it qëndron në faktin se, ndonëse ato i referohen hapësirës së zbrazët nga fillimi deri në fund, ato bien ndesh me fjalët e njohura të Mbretit Lir "nga asgjë nuk mund të dalë asgjë". Si mund të jetë hapësira e zbrazët kaq e komplikuar? Nga mund të dalin pjesë? E gjitha qendron në faktin se, sipas teorisë kuantike, hapësira e zbrazët nuk është aspak e zbrazët. Ajo është gjithmonë e mbushur me eksitacione të shkurtëra që quhen pjesëza virtuale, energjia e të cilave mund të jetë pozitive apo negative. Një vëzhgues nga e ardhmja — do ta quajmë Kërol, — që është në gjendje të shohë pothuajse gjithë hapësirën e zbrazët, mund të konfirmojë se atje nuk ka pjesëza që ekzistojnë për një kohë të gjatë. Në të njëjtën kohë, pranimi i pjesëzave me energji pozitive në atë pjesë të hapësirë-kohe që Alisa mund ta vëzhgojë, për shkak të ngathtësisë kuantike, është i lidhur me eksitacionet me energji të barabartë dhe të kundërt në pjesën e hapësirë-kohe që nuk është e dukshme për Alisën. E gjithë e vërteta mbi hapësirën e zbrazët është e hapur për Kërolin, dhe kjo e vërtetë është se aty nuk ka pjesëza. Megjithatë, përvoja e Alisës i thotë asaj se atje ka pjesëza!
Por këtë arsye, duket se temperatura Unruh e llogaritur është thjesht një iluzion — ajo është më shumë një pronë e vëzhguesit që përjeton një akcelerim konstant në një hapësirë të sheshtë, sesa një pronë e hapësirës së sheshtë si e tillë. Megjithatë, vetë gravitacioni është një forcë "iluzore" në kuptimin se "akcelerimi" që shkakton është asgjë më shumë se një lëvizje përgjatë një gjeodezike në metrikën e deformuar. Siç e kemi shpjeguar në kapitullin 2, parimi i ekvivalencës i Einstein-it thotë se akcelerimi dhe graviteti, në thelb, janë ekuivalente. Nga ky këndvështrim, nuk ka asgjë veçanërisht befasuese që horizonti i një vrime të zezë ka një temperaturë që është e barabartë me temperaturën e llogaritur Unruh të një vëzhguesi që akcelerohet. Por, mund të pyesim, cila do të ishte vlera e akcelerimit që duhet të përdorim për të përcaktuar temperaturën? Duke u larguar një distancë të mjaftueshme nga vrima e zezë, mund ta bëjmë tërheqjen e saj gravitationale sa më të dobët. A duhet të përfundojmë se për të përcaktuar temperaturën efektive të vrimës së zezë që matim, duhet të përdorim vlerën përkatëse të vogël të akcelerimit? Ky pyetje rezulton të jetë mjaft e ndërlikuar, sepse, siç mendojmë, temperatura e një objekti nuk mund të zvogëlohet shpesh. Supozohet se ajo ka një vlerë të caktuar fikse të kufizuar që mund ta masë edhe një vëzhgues shumë i largët.
Burimi: habr.com
