Gëzuar Ditën e Kozmonautikës! E dërguam në shtypshkronjë . Pikërisht gjatë këtyre ditëve astrofizikanët i treguan gjithë botës se si duken vrimat e zeza. Rastësi? Ne nuk mendojmë kështu 😉 Pra, prisni, së shpejti do të shfaqet një libër mahnitës, i shkruar nga Steven Gabser dhe France Pretorius, i përkthyer nga astronomi i mrekullueshëm Pulkovo, i njohur ndryshe si Astrodedus Kirill Maslennikov, redaktuar shkencërisht nga legjendari Vladimir Surdin dhe mbështetur nga botimi i tij nga Fondacioni i Trajektores.
Fragment "Termodinamika e vrimave të zeza" nën prerje.
Deri më tani, ne i kemi konsideruar vrimat e zeza si objekte astrofizike që janë formuar gjatë shpërthimeve të supernovës ose shtrihen në qendrat e galaktikave. Ne i vëzhgojmë ato në mënyrë indirekte duke matur nxitimet e yjeve afër tyre. Zbulimi i famshëm i valëve gravitacionale nga LIGO më 14 shtator 2015 ishte një shembull i vëzhgimeve më të drejtpërdrejta të përplasjeve të vrimave të zeza. Mjetet matematikore që përdorim për të kuptuar më mirë natyrën e vrimave të zeza janë: gjeometria diferenciale, ekuacionet e Ajnshtajnit dhe metodat e fuqishme analitike dhe numerike të përdorura për të zgjidhur ekuacionet e Ajnshtajnit dhe për të përshkruar gjeometrinë e hapësirë-kohës që krijojnë vrimat e zeza. Dhe sapo të mund të japim një përshkrim të plotë sasior të hapësirës-kohës të krijuar nga një vrimë e zezë, nga pikëpamja astrofizike, tema e vrimave të zeza mund të konsiderohet e mbyllur. Nga një këndvështrim më i gjerë teorik, ka ende shumë hapësirë për eksplorim. Qëllimi i këtij kapitulli është të nxjerrë në pah disa nga përparimet teorike në fizikën moderne të vrimës së zezë, në të cilën idetë nga termodinamika dhe teoria kuantike kombinohen me relativitetin e përgjithshëm për të krijuar koncepte të reja të papritura. Ideja bazë është se vrimat e zeza nuk janë vetëm objekte gjeometrike. Ata kanë temperaturë, kanë entropi të madhe dhe mund të shfaqin manifestime të ngatërresës kuantike. Diskutimet tona për aspektet termodinamike dhe kuantike të fizikës së vrimave të zeza do të jenë më fragmentare dhe sipërfaqësore sesa analiza e veçorive thjesht gjeometrike të hapësirë-kohës në vrimat e zeza të paraqitura në kapitujt e mëparshëm. Por këto, dhe veçanërisht aspektet kuantike, janë një pjesë thelbësore dhe jetike e kërkimit teorik të vazhdueshëm mbi vrimat e zeza, dhe ne do të përpiqemi shumë për të përcjellë, nëse jo detajet komplekse, atëherë të paktën frymën e këtyre veprave.
Në relativitetin e përgjithshëm klasik - nëse flasim për gjeometrinë diferenciale të zgjidhjeve të ekuacioneve të Ajnshtajnit - vrimat e zeza janë vërtet të zeza në kuptimin që asgjë nuk mund të shpëtojë prej tyre. Stephen Hawking tregoi se kjo situatë ndryshon plotësisht kur marrim parasysh efektet kuantike: vrimat e zeza rezultojnë të lëshojnë rrezatim në një temperaturë të caktuar, e njohur si temperatura e Hawking. Për vrimat e zeza me përmasa astrofizike (d.m.th., nga masa yjore në vrimat e zeza supermasive), temperatura e Hawking është e papërfillshme në krahasim me temperaturën e sfondit kozmik të mikrovalës - rrezatimi që mbush të gjithë Universin, i cili, nga rruga, mund të të konsiderohet si një variant i rrezatimit Hawking. Llogaritjet e Hawking për të përcaktuar temperaturën e vrimave të zeza janë pjesë e një programi më të madh kërkimor në një fushë të quajtur termodinamika e vrimave të zeza. Një pjesë tjetër e madhe e këtij programi është studimi i entropisë së vrimës së zezë, e cila mat sasinë e informacionit të humbur brenda një vrime të zezë. Objektet e zakonshme (të tilla si një filxhan me ujë, një bllok magnezi të pastër ose një yll) gjithashtu kanë entropi, dhe një nga deklaratat qendrore të termodinamikës së vrimës së zezë është se një vrimë e zezë e një madhësie të caktuar ka më shumë entropi se çdo formë tjetër. materies që mund të përmbahet brenda një zone me të njëjtën madhësi, por pa formimin e një vrime të zezë.
Por përpara se të zhytemi thellë në çështjet që lidhen me rrezatimin Hawking dhe entropinë e vrimës së zezë, le të bëjmë një devijim të shpejtë në fushat e mekanikës kuantike, termodinamikës dhe ngatërrimit. Mekanika kuantike u zhvillua kryesisht në vitet 1920, dhe qëllimi i saj kryesor ishte të përshkruante grimcat shumë të vogla të materies, siç janë atomet. Zhvillimi i mekanikës kuantike çoi në erozionin e koncepteve të tilla themelore të fizikës si pozicioni i saktë i një grimce individuale: doli, për shembull, se pozicioni i një elektroni ndërsa lëviz rreth një bërthame atomike nuk mund të përcaktohet me saktësi. Në vend të kësaj, elektroneve iu caktuan të ashtuquajturat orbita, në të cilat pozicionet e tyre aktuale mund të përcaktohen vetëm në një kuptim probabilistik. Për qëllimet tona, megjithatë, është e rëndësishme të mos kalojmë shumë shpejt në këtë anë probabiliste të gjërave. Le të marrim shembullin më të thjeshtë: atomin e hidrogjenit. Mund të jetë në një gjendje të caktuar kuantike. Gjendja më e thjeshtë e një atomi hidrogjeni, e quajtur gjendja bazë, është gjendja me energjinë më të ulët dhe kjo energji dihet saktësisht. Në përgjithësi, mekanika kuantike na lejon (në parim) të njohim gjendjen e çdo sistemi kuantik me saktësi absolute.
Probabilitetet hyjnë në lojë kur bëjmë disa lloje pyetjesh në lidhje me një sistem mekanik kuantik. Për shembull, nëse është e sigurt se një atom hidrogjeni është në gjendjen bazë, mund të pyesim: "Ku është elektroni?" dhe sipas ligjeve kuantike
mekanikë, ne do të marrim vetëm një vlerësim të probabilitetit për këtë pyetje, afërsisht diçka si: "ndoshta elektroni ndodhet në një distancë deri në gjysmë angstrom nga bërthama e një atomi hidrogjeni" (një angstrom është i barabartë me 
metra). Por ne kemi mundësinë, nëpërmjet një procesi të caktuar fizik, të gjejmë pozicionin e elektronit shumë më saktë se sa në një angstrom. Ky proces mjaft i zakonshëm në fizikë konsiston në ndezjen e një fotoni me gjatësi vale shumë të shkurtër në një elektron (ose, siç thonë fizikantët, shpërndarjen e një fotoni nga një elektron) - pas së cilës ne mund të rindërtojmë vendndodhjen e elektronit në momentin e shpërndarjes me një saktësi afërsisht e barabartë me fotonin e gjatësisë valore. Por ky proces do të ndryshojë gjendjen e elektronit, kështu që pas kësaj ai nuk do të jetë më në gjendjen bazë të atomit të hidrogjenit dhe nuk do të ketë një energji të përcaktuar saktësisht. Por për ca kohë pozicioni i tij do të përcaktohet pothuajse saktësisht (me një saktësi të gjatësisë së valës së fotonit të përdorur për këtë). Një vlerësim paraprak i pozicionit të elektronit mund të bëhet vetëm në një kuptim probabilistik me një saktësi prej rreth një angstrom, por pasi ta kemi matur atë, ne e dimë saktësisht se çfarë ishte. Shkurtimisht, nëse matim një sistem mekanik kuantik në një farë mënyre, atëherë, të paktën në kuptimin konvencional, ne e "detyrojmë" atë në një gjendje me një vlerë të caktuar të sasisë që po matim.
Mekanika kuantike zbatohet jo vetëm për sistemet e vogla, por (ne besojmë) për të gjitha sistemet, por për sistemet e mëdha rregullat mekanike kuantike bëhen shpejt shumë komplekse. Një koncept kyç është ngatërrimi kuantik, një shembull i thjeshtë i të cilit është koncepti i rrotullimit. Elektronet individuale kanë spin, kështu që në praktikë një elektron i vetëm mund të ketë një spin të drejtuar lart ose poshtë në lidhje me një bosht hapësinor të zgjedhur. Spin-i i një elektroni është një sasi e vëzhgueshme sepse elektroni gjeneron një fushë magnetike të dobët, të ngjashme me fushën e një shiriti magnetik. Pastaj rrotullimi lart do të thotë se poli verior i elektronit është i drejtuar poshtë, dhe rrotullimi poshtë do të thotë se poli verior është i drejtuar lart. Dy elektrone mund të vendosen në një gjendje kuantike të konjuguar, në të cilën njëri prej tyre ka një spin lart dhe tjetri ka një spin poshtë, por është e pamundur të thuhet se cili elektron ka cilin spin. Në thelb, në gjendjen bazë të një atomi të heliumit, dy elektrone janë pikërisht në këtë gjendje, të quajtur një spin single, pasi rrotullimi total i të dy elektroneve është zero. Nëse i ndajmë këto dy elektrone pa i ndryshuar rrotullimet e tyre, prapë mund të themi se ato janë njëshe spin së bashku, por ende nuk mund të themi se çfarë do të ishte spin-i i secilit prej tyre individualisht. Tani, nëse matim një nga rrotullimet e tyre dhe konstatojmë se ai është i drejtuar lart, atëherë do të jemi plotësisht të sigurt se i dyti është i drejtuar poshtë. Në këtë situatë, ne themi se rrotullimet janë të ngatërruara - asnjëra në vetvete nuk ka një vlerë të caktuar, ndërsa së bashku ato janë në një gjendje kuantike të caktuar.
Ajnshtajni ishte shumë i shqetësuar për fenomenin e ngatërresës: dukej se kërcënonte parimet bazë të teorisë së relativitetit. Le të shqyrtojmë rastin e dy elektroneve në një gjendje të vetme spin, kur ato janë larg njëri-tjetrit në hapësirë. Për të qenë të sigurt, lëreni Alice të marrë njërën prej tyre dhe Bob të marrë tjetrin. Le të themi se Alice mati rrotullimin e elektronit të saj dhe zbuloi se ai ishte i drejtuar lart, por Bob nuk mati asgjë. Derisa Alice të kryente matjen e saj, ishte e pamundur të dallohej se cila ishte rrotullimi i elektronit të tij. Por sapo ajo përfundoi matjen e saj, ajo e dinte absolutisht se rrotullimi i elektronit të Bobit ishte i drejtuar poshtë (në drejtim të kundërt me rrotullimin e elektronit të saj). A do të thotë kjo se matja e saj e vendosi menjëherë elektronin e Bobit në një gjendje rrotullimi? Si mund të ndodhë kjo nëse elektronet janë të ndara në hapësirë? Ajnshtajni dhe bashkëpunëtorët e tij Nathan Rosen dhe Boris Podolsky mendonin se historia e matjes së sistemeve të ngatërruara ishte aq serioze sa kërcënonte vetë ekzistencën e mekanikës kuantike. Paradoksi Einstein-Podolsky-Rosen (EPR) që ata formuluan përdor një eksperiment mendimi të ngjashëm me atë që sapo përshkruam për të arritur në përfundimin se mekanika kuantike nuk mund të jetë një përshkrim i plotë i realitetit. Tani, bazuar në hulumtimet e mëvonshme teorike dhe shumë matje, është krijuar konsensusi i përgjithshëm se paradoksi EPR përmban një gabim dhe teoria kuantike është e saktë. Ngatërrimi mekanik kuantik është real: matjet e sistemeve të ngatërruara do të lidhen edhe nëse sistemet janë larg njëri-tjetrit në hapësirë-kohë.
Le të kthehemi te situata ku vendosëm dy elektrone në një gjendje spin dhe ia dhamë Alisës dhe Bobit. Çfarë mund të themi për elektronet përpara se të bëhen matjet? Që të dyja së bashku janë në një gjendje të caktuar kuantike (spin-singlet). Spin-i i elektronit të Alice-s ka të ngjarë të jetë i drejtuar lart ose poshtë. Më saktësisht, gjendja kuantike e elektronit të tij me probabilitet të barabartë mund të jetë njëra (spin up) ose tjetra (spin down). Tani për ne koncepti i probabilitetit merr një kuptim më të thellë se më parë. Më parë shikuam një gjendje të caktuar kuantike (gjendjen bazë të atomit të hidrogjenit) dhe pamë se ka disa pyetje "të papërshtatshme", si "Ku është elektroni?" - pyetje për të cilat përgjigjet ekzistojnë vetëm në një kuptim probabilistik. Nëse do të bënim pyetje "të mira", të tilla si "Sa është energjia e këtij elektroni?", do të merrnim përgjigje të qarta. Tani, nuk ka pyetje "të mira" që mund të bëjmë për elektronin e Alices që nuk kanë përgjigje që varen nga elektroni i Bobit. (Nuk po flasim për pyetje të trashë si "A ka elektroni i Alices edhe një rrotullim?" - pyetje për të cilat ka vetëm një përgjigje.) Pra, për të përcaktuar parametrat e gjysmës së sistemit të ngatërruar, do të duhet të përdorim gjuha probabiliste. Siguria lind vetëm kur marrim parasysh lidhjen midis pyetjeve që Alice dhe Bob mund të bëjnë për elektronet e tyre.
Ne filluam qëllimisht me një nga sistemet më të thjeshta mekanike kuantike që njohim: sistemin e rrotullimeve të elektroneve individuale. Ka shpresë se kompjuterët kuantikë do të ndërtohen në bazë të sistemeve të tilla të thjeshta. Sistemi spin i elektroneve individuale ose sistemeve të tjera kuantike ekuivalente quhen tani qubits (shkurt për "bit kuantik"), duke theksuar rolin e tyre në kompjuterët kuantikë, të ngjashëm me rolin që luajnë bitet e zakonshme në kompjuterët dixhitalë.
Le të imagjinojmë tani se ne zëvendësuam çdo elektron me një sistem kuantik shumë më kompleks me shumë, jo vetëm dy, gjendje kuantike. Për shembull, ata i dhanë Alice dhe Bob bare me magnez të pastër. Përpara se Alice dhe Bob të shkojnë në rrugët e tyre të ndara, shufrat e tyre mund të ndërveprojnë dhe ne pajtohemi që duke vepruar kështu ata fitojnë një gjendje të caktuar kuantike të përbashkët. Sapo Alice dhe Bob ndahen, shufrat e tyre të magnezit ndalojnë së bashkëvepruari. Ashtu si në rastin e elektroneve, çdo bar është në një gjendje kuantike të papërcaktuar, megjithëse së bashku, siç besojmë ne, formojnë një gjendje të mirëpërcaktuar. (Në këtë diskutim, ne supozojmë se Alice dhe Bob janë në gjendje të lëvizin shufrat e tyre të magnezit pa e shqetësuar gjendjen e tyre të brendshme në asnjë mënyrë, ashtu siç supozuam më parë se Alice dhe Bob mund të ndajnë elektronet e tyre të ngatërruara pa ndryshuar rrotullimet e tyre.) Por ka një ndryshim Dallimi midis këtij eksperimenti të mendimit dhe eksperimentit elektronik është se pasiguria në gjendjen kuantike të çdo shiriti është e madhe. Shiriti mund të fitojë më shumë gjendje kuantike sesa numri i atomeve në Univers. Këtu hyn në lojë termodinamika. Sistemet shumë të keqpërcaktuara megjithatë mund të kenë disa karakteristika makroskopike të mirëpërcaktuara. Një karakteristikë e tillë është, për shembull, temperatura. Temperatura është një masë se sa ka gjasa që çdo pjesë e një sistemi të ketë një energji mesatare të caktuar, me temperatura më të larta që korrespondojnë me një gjasë më të madhe për të pasur energji më të madhe. Një tjetër parametër termodinamik është entropia, e cila në thelb është e barabartë me logaritmin e numrit të gjendjeve që një sistem mund të marrë. Një tjetër karakteristikë termodinamike që do të ishte domethënëse për një shufër magnezi është magnetizimi i tij neto, i cili në thelb është një parametër që tregon se sa më shumë elektrone spin-up ka në shirit sesa elektronet spin-down.
Ne sollëm termodinamikën në historinë tonë si një mënyrë për të përshkruar sistemet, gjendjet kuantike të të cilave nuk njihen saktësisht për shkak të ndërthurjes së tyre me sisteme të tjera. Termodinamika është një mjet i fuqishëm për analizimin e sistemeve të tilla, por krijuesit e saj nuk e kishin parashikuar aspak zbatimin e saj në këtë mënyrë. Sadi Carnot, James Joule, Rudolf Clausius ishin figura të revolucionit industrial të shekullit të XNUMX-të dhe ata ishin të interesuar për pyetjet më praktike nga të gjitha: si funksionojnë motorët? Presioni, vëllimi, temperatura dhe nxehtësia janë mishi dhe gjaku i motorëve. Carnot vërtetoi se energjia në formën e nxehtësisë nuk mund të shndërrohet kurrë plotësisht në punë të dobishme siç është ngritja e ngarkesave. Një pjesë e energjisë do të harxhohet gjithmonë. Clausius dha një kontribut të madh në krijimin e idesë së entropisë si një mjet universal për përcaktimin e humbjeve të energjisë gjatë çdo procesi që përfshin nxehtësinë. Arritja e tij kryesore ishte të kuptuarit se entropia nuk zvogëlohet kurrë - pothuajse në të gjitha proceset ajo rritet. Proceset në të cilat rritet entropia quhen të pakthyeshme, pikërisht sepse ato nuk mund të kthehen pa një ulje të entropisë. Hapi tjetër drejt zhvillimit të mekanikës statistikore u ndërmor nga Clausius, Maxwell dhe Ludwig Boltzmann (ndër shumë të tjerë) - ata treguan se entropia është një masë e çrregullimit. Zakonisht, sa më shumë të veproni për diçka, aq më shumë çrregullim krijoni. Dhe edhe nëse projektoni një proces, qëllimi i të cilit është të rivendosë rendin, ai në mënyrë të pashmangshme do të krijojë më shumë entropi sesa do të shkatërrohet - për shembull, duke lëshuar nxehtësi. Një vinç që vendos trarët e çelikut në rregull të përsosur krijon rregull përsa i përket rregullimit të trarëve, por gjatë funksionimit të tij gjeneron aq shumë nxehtësi sa që entropia e përgjithshme ende rritet.
Por megjithatë, ndryshimi midis pikëpamjes së termodinamikës të fizikantëve të shekullit të XNUMX-të dhe pikëpamjes së lidhur me ngatërresën kuantike nuk është aq i madh sa duket. Sa herë që një sistem ndërvepron me një agjent të jashtëm, gjendja e tij kuantike ngatërrohet me gjendjen kuantike të agjentit. Në mënyrë tipike, kjo ndërthurje çon në një rritje të pasigurisë së gjendjes kuantike të sistemit, me fjalë të tjera, në një rritje të numrit të gjendjeve kuantike në të cilat sistemi mund të jetë. Si rezultat i ndërveprimit me sistemet e tjera, entropia, e përcaktuar në termat e numrit të gjendjeve kuantike të disponueshme për sistemin, zakonisht rritet.
Në përgjithësi, mekanika kuantike ofron një mënyrë të re për të karakterizuar sistemet fizike në të cilat disa parametra (siç është pozicioni në hapësirë) bëhen të pasigurt, por të tjerët (siç është energjia) shpesh njihen me siguri. Në rastin e ngatërrimit kuantik, dy pjesë thelbësisht të ndara të sistemit kanë një gjendje kuantike të njohur të përbashkët, dhe secila pjesë veç e veç ka një gjendje të pasigurt. Një shembull standard i ngatërrimit është një palë rrotullimesh në një gjendje të vetme, në të cilën është e pamundur të dallosh se cili rrotullim është lart dhe cili është poshtë. Pasiguria e gjendjes kuantike në një sistem të madh kërkon një qasje termodinamike në të cilën parametrat makroskopikë si temperatura dhe entropia njihen me saktësi të madhe, edhe pse sistemi ka shumë gjendje kuantike mikroskopike të mundshme.
Pasi të kemi përfunduar ekskursionin tonë të shkurtër në fushat e mekanikës kuantike, ndërthurjes dhe termodinamikës, le të përpiqemi tani të kuptojmë se si e gjithë kjo çon në kuptimin e faktit se vrimat e zeza kanë një temperaturë. Hapi i parë drejt kësaj u bë nga Bill Unruh - ai tregoi se një vëzhgues përshpejtues në hapësirën e sheshtë do të ketë një temperaturë të barabartë me nxitimin e tij të ndarë me 2π. Çelësi i llogaritjeve të Unruh është se një vëzhgues që lëviz me nxitim të vazhdueshëm në një drejtim të caktuar mund të shohë vetëm gjysmën e hapësirës së sheshtë. Gjysma e dytë është në thelb pas një horizonti të ngjashëm me atë të një vrime të zezë. Në fillim duket e pamundur: si mund të sillet hapësira e sheshtë si horizonti i një vrime të zezë? Për të kuptuar se si rezulton kjo, le t'u bëjmë thirrje vëzhguesve tanë besnikë Alice, Bob dhe Bill për ndihmë. Me kërkesën tonë, ata rreshtohen, me Alicen midis Bobit dhe Bill-it, dhe distanca midis vëzhguesve në çdo çift është saktësisht 6 kilometra. Ne ramë dakord që në kohën zero Alice do të hidhet në raketë dhe do të fluturojë drejt Bill (dhe për rrjedhojë larg Bobit) me nxitim të vazhdueshëm. Raketa e saj është shumë e mirë, e aftë të zhvillojë nxitim 1,5 trilion herë më të madh se nxitimi gravitacional me të cilin objektet lëvizin pranë sipërfaqes së Tokës. Natyrisht, nuk është e lehtë për Alice t'i rezistojë një përshpejtimi të tillë, por, siç do të shohim tani, këta numra janë zgjedhur për një qëllim; në fund të ditës, ne thjesht po diskutojmë mundësitë e mundshme, kjo është e gjitha. Pikërisht në momentin kur Alice hidhet në raketën e saj, Bob dhe Bill i bëjnë me dorë. (Ne kemi të drejtë të përdorim shprehjen "pikërisht në momentin kur ...", sepse ndërsa Alice nuk e ka nisur ende fluturimin e saj, ajo është në të njëjtin kuadër referimi si Bob dhe Bill, në mënyrë që të gjithë të mund të sinkronizojnë orët e tyre .) Duke tundur Alice, natyrisht, e sheh Bill-in: megjithatë, duke qenë në raketë, ajo do ta shohë atë më herët sesa do të kishte ndodhur nëse do të kishte qëndruar aty ku ishte, sepse raketa e saj me të po fluturon pikërisht drejt tij. Përkundrazi, ajo largohet nga Bobi, kështu që me arsye mund të supozojmë se ajo do ta shohë atë duke i bërë me dorë pak më vonë se sa do të kishte parë nëse do të kishte mbetur në të njëjtin vend. Por e vërteta është edhe më befasuese: ajo nuk do ta shohë fare Bobin! Me fjalë të tjera, fotonet që fluturojnë nga dora e valëzuar e Bobit te Alice nuk do ta arrijnë kurrë, edhe duke pasur parasysh se ajo kurrë nuk do të jetë në gjendje të arrijë shpejtësinë e dritës. Nëse Bob do të kishte filluar të tundej, duke qenë pak më afër Alice-s, atëherë fotonet që i janë larguar në momentin e largimit të saj do ta kishin kapërcyer atë dhe nëse ai do të ishte pak më larg, nuk do ta kishin kapërcyer. Është në këtë kuptim që ne themi se Alice sheh vetëm gjysmën e hapësirë-kohës. Në momentin kur Alice fillon të lëvizë, Bob është pak më larg se horizonti që Alice vëzhgon.
Në diskutimin tonë për ndërthurjen kuantike, ne jemi mësuar me idenë se edhe nëse një sistem mekanik kuantik në tërësi ka një gjendje të caktuar kuantike, disa pjesë të tij mund të mos e kenë atë. Në fakt, kur diskutojmë një sistem kompleks kuantik, një pjesë e tij mund të karakterizohet më së miri pikërisht për sa i përket termodinamikës: mund t'i caktohet një temperaturë e mirëpërcaktuar, pavarësisht gjendjes kuantike shumë të pasigurt të të gjithë sistemit. Historia jonë e fundit që përfshin Alice, Bob dhe Bill është paksa si kjo situatë, por sistemi kuantik për të cilin po flasim këtu është hapësirë-kohë boshe, dhe Alice sheh vetëm gjysmën e saj. Le të bëjmë një rezervë që hapësira-koha në tërësi është në gjendjen e saj bazë, që do të thotë se nuk ka grimca në të (sigurisht, pa llogaritur Alice, Bob, Bill dhe raketë). Por pjesa e hapësirë-kohës që Alice sheh nuk do të jetë në gjendjen bazë, por në një gjendje të ngatërruar me pjesën e saj që ajo nuk e sheh. Hapësira-koha e perceptuar nga Alice është në një gjendje kuantike komplekse, të papërcaktuar, e karakterizuar nga një temperaturë e fundme. Llogaritjet e Unruh tregojnë se kjo temperaturë është afërsisht 60 nanokelvins. Me pak fjalë, ndërsa Alice përshpejton, ajo duket se është zhytur në një banjë të ngrohtë rrezatimi me një temperaturë të barabartë (në njësi të përshtatshme) me nxitimin e ndarë me
Oriz. 7.1. Alice lëviz me nxitim nga pushimi, ndërsa Bob dhe Bill mbeten të palëvizshëm. Përshpejtimi i Alice është i tillë që ajo kurrë nuk do t'i shohë fotonet që Bob dërgon në rrugën e saj në t = 0. Megjithatë, ajo merr fotonet që Bill i dërgoi asaj në t = 0. Rezultati është se Alice është në gjendje të vëzhgojë vetëm gjysmën e hapësirë-kohës.
Gjëja e çuditshme në lidhje me llogaritjet e Unruh është se megjithëse ato i referohen nga fillimi në fund hapësirës boshe, ato kundërshtojnë fjalët e famshme të mbretit Lir, "nga asgjëja nuk del asgjë". Si mund të jetë kaq komplekse hapësira boshe? Nga mund të vijnë grimcat? Fakti është se sipas teorisë kuantike, hapësira boshe nuk është aspak bosh. Në të, aty-këtu, shfaqen dhe zhduken vazhdimisht ngacmimet jetëshkurtra, të quajtura grimca virtuale, energjia e të cilave mund të jetë pozitive dhe negative. Një vëzhgues nga e ardhmja e largët - le ta quajmë Carol - i cili mund të shohë pothuajse të gjithë hapësirën boshe, mund të konfirmojë se nuk ka grimca të qëndrueshme në të. Për më tepër, prania e grimcave me energji pozitive në atë pjesë të hapësirë-kohës që Alice mund të vëzhgojë, për shkak të ngatërrimit kuantik, shoqërohet me ngacmime të shenjës së barabartë dhe të kundërt të energjisë në pjesën e hapësirë-kohës së pavëzhgueshme për Alice. E gjithë e vërteta për hapësirën e zbrazët në tërësi i zbulohet Carol-it dhe kjo e vërtetë është se aty nuk ka grimca. Megjithatë, përvoja e Alices i thotë asaj se grimcat janë atje!
Por më pas rezulton se temperatura e llogaritur nga Unruh duket se është thjesht një trillim - nuk është aq një veti e hapësirës së sheshtë si e tillë, por më tepër një veti e një vëzhguesi që përjeton nxitim të vazhdueshëm në hapësirën e sheshtë. Sidoqoftë, graviteti në vetvete është e njëjta forcë "fiktive" në kuptimin që "nxitimi" që shkakton nuk është gjë tjetër veçse lëvizje përgjatë një gjeodezike në një metrikë të lakuar. Siç e shpjeguam në kapitullin 2, parimi i ekuivalencës i Ajnshtajnit thotë se nxitimi dhe graviteti janë në thelb ekuivalent. Nga ky këndvështrim, nuk ka asgjë veçanërisht tronditëse që horizonti i vrimës së zezë të ketë një temperaturë të barabartë me llogaritjen e Unruh-it të temperaturës së vëzhguesit përshpejtues. Por, a mund të pyesim, çfarë vlere të nxitimit duhet të përdorim për të përcaktuar temperaturën? Duke u larguar mjaftueshëm nga një vrimë e zezë, ne mund ta bëjmë tërheqjen e saj gravitacionale aq të dobët sa të duam. A do të thotë kjo se për të përcaktuar temperaturën efektive të një vrime të zezë që matim, duhet të përdorim një vlerë përkatësisht të vogël të nxitimit? Kjo pyetje rezulton të jetë mjaft tinëzare, sepse, siç besojmë, temperatura e një objekti nuk mund të ulet në mënyrë arbitrare. Supozohet se ka një vlerë të caktuar të fundme që mund të matet edhe nga një vëzhgues shumë i largët.
Burimi: www.habr.com