Gëzuar Diten e Astronautikës! Ne e dorëzuam për botim . Pikerisht në këto ditë astrofizikanët i treguan botës se si duken vrimat e zeza. Rastësi? Nuk mendojmë 😉 Pra, prisni, së shpejti do të dalë një libër surprizues, i shkruar nga Steven Gabser dhe Frans Pretorius, përkthyer nga astronomi i shkëlqyer i Pulkovo aka Astronauti Kirill Maslennikov, dhe redaktuar shkencërisht nga legjendari Vladimir Surdin, i mbështetur për botim nga fondi Trajektoria.
Një fragment i «Termodinamikës së vrimave të zeza» poshtë.
Kemi ende kemi duke shqyrtuar vrimat e zeza si objekte astrofizike që janë formuar nga shpërthimet e supernovave ose ndodhen në qendrat e galaksive. Ne i vëzhgojmë ato në mënyrë indirekte, duke matur përshpejtimet e yjeve që janë afër tyre. Regjistrimi i njohur i valëve gravitacionale nga aparati LIGO më 14 Shtator 2015 shënoi një shembull të vëzhgimeve më të drejtpërdrejta të përplasjeve të vrimave të zeza. Mjetet matematikore që përdorim për të arritur një kuptim më të mirë të natyrës së vrimave të zeza janë: geometria diferenciale, ekuacionet e Einsteinit dhe metodat analitike dhe numerike të fuqishme të aplikuara për të zgjidhur ekuacionet e Einsteinit dhe për të përshkruar gjeometrinë e hapësirës-kohë që krijohet nga vrimat e zeza. Dhe sapo të jemi në gjendje të ofrojmë një përshkrim të plotë sasiore të hapësirës-kohë të krijuar nga një vrimë e zezë, nga pikëpamja astrofizikore tema e vrimave të zeza mund të konsiderohet e mbyllur. Në një perspektivë më të gjerë teorike, ende ka shumë mundësi për hulumtim. Qëllimi i kësaj kapitulli është të flasë për disa arritje teoretike të fizikës moderne të vrimave të zeza, ku idetë e termodinamikës dhe teorisë kuantike bashkohen me teorinë e përgjithshme të relativitetit, duke nxjerrë në pah koncepte të reja dhe të papritura. Ideja kryesore është se vrimat e zeza nuk janë thjesht objekte gjeometrike. Ato kanë temperaturë, pritet të kenë një entropi të madhe dhe mund të demonstrojnë manifestime të ngatërrimit kuantik. Reflektimet tona mbi aspektet termodinamike dhe kuantike të fizikës së vrimave të zeza do të jenë më të fragmentuara dhe më sipërfaqësore se analiza e veçorive gjeometrike të hapësirës-kohë të prezantuar në kapitujt e mëparshëm. Por këto aspektet, dhe veçanërisht ato kuantike, janë një pjesë thelbësore dhe jetike e kërkimeve teorike që po zhvillohen mbi vrimat e zeza, dhe ne do të mundohemi të përcjellim, nëse jo detajet e ndërlikuara, të paktën shpirtin e këtyre punimeve.
Në teorinë klasike të relativitetit të përgjithshëm — duke folur për gjeometrinë diferenciale të zgjidhjeve të ekuacioneve të Einstein — vrimat e zeza janë vërtet të zeza në kuptimin se asgjë nuk mund të dalë prej tyre. Stephen Hawking tregoi se kjo situatë ndryshon plotësisht kur marrim parasysh efektet kuantike: vrimat e zeza, siç duket, emitojnë rrezatim me një temperaturë të caktuar, e njohur si temperatura Hawking. Për vrimat e zeza të madhësive astrofizike (domethënë nga vrimat e zeza me masë yjore deri te ato supermasive), temperatura Hawking është e papërfillshme në krahasim me temperaturën e fondeve mikrovalë kozmike — rrezatim që mbush tërë Universin, i cili, për incident, mund të konsiderohet si një variant i rrezatimit Hawking. Llogaritjet e kryera nga Hawking për të përcaktuar temperaturën e vrimave të zeza janë pjesë e një programi më të gjerë hulumtimi në fushën, e quajtur termodinamika e vrimave të zeza. Një pjesë tjetër e madhe e këtij programi është studimi i entropisë së vrimave të zeza, e cila karakterizon sasinë e informacionit që humbet brenda një vrime të zezë. Objektet e zakonshme (si një të shpejtë uji, një bllok magnezi të pastër ose një yll) gjithashtu kanë entropi, dhe një nga pretendimet qendrore të termodinamikës së vrimave të zeza është se një vrimë e zezë e kësaj madhësie ka më shumë entropi se çdo formë tjetër matière që mund të përmbushet në një rajon të njëjtë madhësie, por pa formuar një vrimë të zezë.
Por këtë para se të thelloheni në analizën e problemeve që lidhen me rrezatimin e Hawkingut dhe entropinë e blackhole-ve, le të bëjmë një shpejtësi të shkurtër në fushat e mekanikës kuantike, termodinamikës dhe ndërlidhjes. Mekanika kuantike u zhvillua kryesisht në vitet 1920, dhe qëllimi i saj kryesor ishte përshkrimi i pjesëve shumë të vogla të materies, si atomet. Zhvillimi i mekanikës kuantike çoi në mjegullimin e koncepteve themelore të fizikës, si pozita e saktë e një pjese të veçantë: doli se, për shembull, pozita e elektronit gjatë lëvizjes së tij rreth bërthamës atomike nuk mund të përcaktohet saktësisht. Në vend të kësaj, elektronet iu atribuohen orbitat e ashtuquajtura, ku pozitat e tyre reale mund të përcaktohen vetëm në një kuptim probabilistik. Megjithatë, për qëllimet tona, është e rëndësishme të mos kalojmë në këtë anë - probabiliste - shumë shpejt. Merrni shembullin më të thjeshtë: atomi i hidrogjenit. Ai mund të ekzistojë në një gjendje të caktuar kuantike. Gjendja më e thjeshtë e atomit të hidrogjenit, e quajtur bazë, është gjendja me energjinë më të ulët, dhe kjo energji është e njohur saktësisht. Në një kuptim më të përgjithshëm, mekanika kuantike na lejon (në parim) të njohim gjendjen e çfarëdo sistemi kuantik me saktësi absolute.
Probabilitetet dalin në skenë kur ne bëjmë një lloj specifik pyetjesh mbi sistemin kuantum-mekanike. Për shembull, nëse dihet me siguri se atomi i hidrogjenit ndodhet në gjendjen themelore, ne mund të pyesim: "Ku ndodhet elektroni?" dhe sipas ligjeve të kuantum mekanikës do të marrim për këtë pyetje vetëm një vlerësim të caktuar probabiliteti, përafërsisht diçka si: "është e mundshme që elektroni të ndodhet në një distancë deri në gjysmë angstrëm nga bërthama e atomit të hidrogjenit" (një angstrëm është
të barabartë me 
metrov). Por këtë arsye, ne kemi mundësinë, përmes një procesi fizik të caktuar, të gjejmë pozitat e elektronit shumë më të saktë se sa deri në një angstrom. Ky proces, i zakonshëm në fizikë, përfshin dërgimin e një fotoni në elektron me një gjatësi vale shumë të shkurtër (apo, siç thonë fizikantët, shpërndarjen e fotonit mbi elektron) — pas kësaj, ne do të jemi në gjendje të rikonstruktojmë vendndodhjen e elektronit në momentin e shpërndarjes me një saktësi të përafërt 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 atomit të hidrogjenit dhe nuk do të ketë energji të përcaktuar saktë. Megjithatë, për një kohë të shkurtër, 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 paraprak i vendndodhjes së elektronit mund të kryhet vetëm në një sens probabilistik me saktësi rreth një angstrom, por sapo e matëm atë, ne e dimë saktësisht se çfarë ka qenë. Në përmbledhje, nëse ne në një farë mënyre masim një sistem kuantum-mekanike, atëherë, të paktën në një sens të pranueshëm, ne "me forcë" i japim asaj një gjendje me vlerën e saktë të madhësisë që po masim.
Mekanika kuantike është e aplikueshme jo vetëm për sistemet e vogla, por edhe (siç besojmë ne) për të gjitha sistemet, megjithatë, për sistemet e mëdha, rregullat kuantike bëhen shumë të ndërlikuara. Një koncept kyç është lidhja kuantike, një shembull i thjeshtë i së cilës mund të jetë koncepti i spin-it (rrotullimit). Elektronët individualë kanë spin, prandaj në praktikë një elektron mund të ketë spin të orientuar lart ose poshtë në lidhje me një oksi hapësinor të zgjedhur. Spin-i i elektronit është një sasi e vëzhgueshme, sepse elektroni krijon një fushë magnetike të dobët, të ngjashme me fushën e një magneti. Sustentimi lart do të thotë se poli verior i elektronit tregon poshtë, ndërsa sustentimi poshtë do të thotë se poli verior 'shikon' lart. Dy elektronë mund të vendosen në një gjendje kuantike të lidhur, ku një prej tyre ka spin të orientuar lart dhe tjetri poshtë, por nuk mund të themi se cili nga elektronët ka cilin spin. Në thelb, në gjendjen themelore të atomit 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 ne ndajnë këta dy elektronë, pa ndryshuar spin-in e tyre, ne mund të vazhdojmë të themi se ata janë së bashku spin-singlet, por gjithsesi nuk do të jemi në gjendje të themi çfarë do të jetë spin-i i ndonjërit prej tyre veçmas. Nëse ne masim një nga spin-et e tyre dhe e konfirmojmë se është orientuar lart, atëherë ne do të kemi plotësisht besim se spin-i i dytë është orientuar poshtë. Në këtë situatë ne themi se spin-et janë të lidhura — asnjë prej tyre 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 ai kërcënonte parimet bazë të teorisë së relativitetit. Le të shqyrtojmë rastin e dy elektronëve në një gjendje spin-singlet, kur ata janë shumë larg njëri-tjetrit në hapësirë. Për të qënë specifik, le të themi se njëri prej tyre e quajti Alicja dhe tjetri — Beni. Supozoni se Alicja mat spin-in e elektronit të saj dhe zbulohet se ai është i orientuar lart, ndërsa Beni nuk bën asnjë matje. Derisa Alicja nuk e kryen matjen e saj, nuk ishte e mundur të thuhej se cila është orientimi i spin-it të elektronit të tij. Por sapo ajo e përfundoi matjen e saj, ajo e dinte me saktësi se spin-i i elektronit të Benit ishte i orientuar poshtë (në drejtimin e kundërt të spin-it të elektronit të saj). A do të thotë kjo se matja e saj e çoi menjëherë elektronin e Benit në një gjendje kur spin-i i tij ishte i orientuar poshtë? Si mund të ndodhte kjo, nëse elektronët ishin hapësirësht të ndarë? Einstein dhe bashkëpunëtorët e tij Nathan Rosen dhe Boris Podolsky ndjenin se historia e matjeve të sistemeve të ngatërruara ishte aq serioze sa kërcënonte ekzistencën e vetë mekanikës kuantike. Paradoshi i formuluar nga ata, paradoshi i Einsteinit—Podolskyt—Rosens (EPR), 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, në bazë të kërkimeve teorike që pasuan dhe shumë matjeve, ka një konsensus të përgjithshëm se paradoshi EPR përmban një gabim, dhe teoria kuantike është e saktë. Ngatërrimi mekanik kuantik është real: matjet e sistemeve të ngatërruara do të korrelacionohen, edhe nëse këto sisteme janë shumë larg njëri-tjetrit në hapësirë-kohë.
Le të kthehemi te situata ku kemi vendosur dy elektrone në një gjendje spin singlet dhe ua kemi dhënë ato Alicës dhe Bobit. Çfarë mund të themi për elektronet para se të kryhen matjet? Që të dy së bashku ndodhen në një gjendje të caktuar kuantike (spin singlet). Spini i elektronit të Alicës është i orientuar me të njëjtën probabilitet lart ose poshtë. Më saktë, gjendja kuantike e elektronit të saj me të njëjtën probabilitet mund të jetë njëra (spin lart) ose tjetra (spin poshtë). Tani, koncepti i probabilitetit merr një kuptim më të thellë se më parë. Më parë, shqyrtuam një gjendje të caktuar kuantike (gjendjen thelbësore të atomeve të hidrogjenit) dhe pamë se janë disa pyetje 'të parehatshme', si p.sh., 'Ku ndodhet elektroni?', pyetje për të cilat përgjigjet ekzistojnë vetëm në një kuptim probabilistik. Nëse do të bënim 'pyetje të mira', si p.sh.: 'Cila është energjia e këtij elektroni?', do të merrnim përgjigje të caktuara për to. Tani, nuk ka 'pyetje të mira' që mund të bëjmë për elektronin e Alicës, përgjigjet e të cilave nuk varen nga elektroni i Bobit. (Nuk po flasim për pyetje të budallallaçit si 'A ka ndonjëherë spin elektroni i Alicës?' - pyetje për të cilat ekziston vetëm një përgjigje.) Pra, për të përcaktuar parametrat e njërit prej dy sistemeve të ngatërruara, do të na duhet të përdorim një gjuhë probabilistike. Caktueshmëria ndodhet vetëm kur shqyrtojmë lidhjen midis pyetjeve që mund të bëjnë për elektronet e tyre Alicia dhe Bob.
Ne filluam qëllimisht me një nga sistemet më të thjeshta mekanike kuantike që njohim: sistemet e spinve të elektroneve individuale. Ka shpresë që mbi baza të sistemeve të tilla të thjeshta do të ndërtohen kompjuterë kuantikë. Sistemi i spinve të elektroneve individuale ose sisteme të tjera ekuivalente kuantike tani quhen kubitë (shkurtimi nga "bitët kuantike"), që thekson rolin e tyre në kompjuterët kuantikë, të ngjashëm me rolin që luajnë bitët e zakonshëm në kompjuterët digjitalë.
Tani imagjinojmë se kemi zëvendësuar secilin elektron me një sistem kuantik më të komplikuar që ka shumë, e jo vetëm dy, gjendje kuantike. Për shembull, le t'u japim Alicës dhe Bobit blloqe prej magnezit të pastër. Para se Alicja dhe Bobi të ndahen për punët e tyre në drejtim të ndryshëm, blloqet e tyre mund të interaktojnë, dhe ne do të biem dakord që gjatë kësaj ndërveprimi ata të fitojnë një gjendje të caktuar kuantike të përbashkët. Sa herë që Alicja dhe Bobi ndahen, blloqet e tyre të magnezit ndalojnë së interaktuari. Siç ndodh edhe me elektronet, secili bllok ndodhet në një gjendje kuantike të paqartë, megjithatë bashkë, siç mendojmë, ata formojnë një gjendje të plotë të caktuar. (Në këtë diskutim, ne supozuam se Alicja dhe Bobi janë në gjendje të lëvizin blloqet e tyre të magnezit pa e ndryshuar gjendjen e tyre të brendshme, ashtu siç supozuam më parë se Alicja dhe Bobi mund të ndanin elektronet e tyre të ngatërruara pa ndryshuar spinat e tyre.) Por dallimi midis këtij eksperiment eksperiencë dhe eksperimentit me elektronet është se paqartësia e gjendjes kuantike të secilit bllok është e madhe. Një bllok shumë mirë mund të fitojë më shumë gjendje kuantike sesa numri i atomeve në Univers. Këtu hyn në skenë termodinamika. Sistemet e përcaktuara shumë pak saktësisht mund, megjithatë, të kenë disa karakteristika makroskopike mirë të përcaktuara. Një karakteristikë e tillë është, për shembull, temperatura. Temperatura është një masë e probabilitetit që çdo pjesë e sistemit ka një energji mesatare të caktuar, ku një temperaturë më e lartë korrespondon me një probabilitet më të madh për të pasur energji më të madhe. Një parametër tjetër termodinamik është entropia, në esencë, e barabartë me logarifmin e numrit të gjendjeve që sistemi mund të ketë. Një karakteristikë tjetër termodinamike që do të ishte e rëndësishme për bllokun e magnezit është magnetizmi i tij i përgjithshëm, domethënë, në thelb, një parametër që tregon se sa më shumë elektronë me spin drejt lartë mund të jenë në bllok sesa me spin drejt poshtë.
Ne kemi përfshirë termodinamikën në tregimin tonë si një mënyrë për të përshkruar sistemet, të cilat gjendjet kuantike të tyre janë saktësisht të panjohura për shkak të ngathtësisë me sisteme të tjera. Termodinamika është një mjet i fuqishëm për analizën e këtyre sistemeve, por krijuesit e saj nuk e kanë parashikuar aspak një përdorim të tillë. Sadi Carnot, James Joule dhe Rudolf Clausius ishin figura të Revolucionit Industrial të shekullit të 19-të, dhe ata u interesuan për pyetjen më praktike nga të gjitha: si funksionojnë motorët? Presioni, vëllimi, temperatura dhe ngrohja janë mishi dhe gjaku i motorëve. Carnot e vuri në dukje se energia në formën e ngjyrës kurrë nuk mund të konvertohet plotësisht në punë të dobishme si ngritja e ngarkesave. Një pjesë e energjisë gjithmonë do të humbasë. Clausius kontribuoi në krijimin e ideve për entropinë si një mjet universale për përcaktimin e humbjeve energjetike gjatë çdo procesi që lidhet me ngrohjen. Arritja e tij kryesore ishte kuptimi se entropia kurrë nuk zvogëlohet - në pothuajse të gjitha proceset ajo rritet. Proceset në të cilat entropia rritet quhen të pakthyeshme - pikërisht sepse ato nuk mund të kthehen mbrapsht pa zvogëlimin e entropisë. Hapi tjetër në zhvillimin e mekanikës statistikore 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 të veproni mbi diçka, aq më shumë kaos sjellni atje. Dhe madje nëse keni zhvilluar një proces, i cili synon të vendosë rend, gjatë tij do të krijohet patjetër më shumë entropi sesa do të shkatërrohet - për shembull, gjatë lëshimit tën ngrohjes. Një grua ngritëse që vendos shufra çeliku në mënyrë ideale, krijon rend në sensin e pozicionimit të shufrave, por gjatë punës së saj do të lëshojë aq shumë ngrohje, sa entropia totale është gjithmonë në rritje.
Megjithatë, ndryshimi midis mënyrës së të menduarit mbi termodinamikën nga fizikanët e shekullit të 19-të dhe pikëpamjes që lidhet me ngatërrimin kuantik nuk është aq i madh sa duket. Çdo herë që një sistem ndërvepron me një agjent të jashtëm, gjendja e tij kuantike ngatërrhet me gjendjen kuantike të agjentit. Zakonisht, kjo ngatërrim çon në rritjen e pafundësisë së gjendjes kuantike të sistemit, në 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 përcaktohet 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, në të cilat disa parametrat (p.sh., pozita në hapësirë) bëhen të paqartë, ndërsa të tjerët (p.sh., energjia) 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 e veçantë ka një gjendje të paqartë. Një shembull i zakonshëm i ngatërrimit është një çift spina në një gjendje singlet, në të cilën është e pamundur të thuhet se cili spin është i drejtuar lart e cili poshtë. Paqartësia e gjendjes kuantike në një sistem të madh kërkon një qasje termodinamike, ku parametrat makroskopik, si temperatura dhe entropia, njihen me saktësi të madhe, pavarësisht nga fakti se sistemi ka një numër të madh mundësish për gjendje kuantike mikro.
Pasi përfundimit të përmbledhjes sonë në fushën e mekanikës kuantike, ngatërrimit dhe termodinamikes, le të përpiqemi tani të kuptojmë se si gjithçka kjo çon në kuptimin e faktit se dërrasat e zeza kanë temperaturë. Hapi i parë në këtë drejtim u bë nga Bill Unruh — ai tregoi se një vëzhgues që po akcelon në hapësirën e sheshtë do të ketë një temperaturë të barabartë me akcelerimin e tij të ndarë me 2π. Çelësi i llogaritjeve të Unruh është se vëzhguesi, i cili lëviz me një akcelerim konstant në një drejtim të caktuar, mund të shohë vetëm gjysmën e hapësirës-kohë të sheshtë. Gjysma tjetër, në thelb, ndodhet pas horizontit, si horizonti i një dërrase të zezë. Në fillim, kjo duket e pamundur: si mund të veprojë hapësira-kohë e sheshtë si një horizont i dërrasës së zezë? Për të kuptuar se si ndodh kjo, do të ndihmojmë vëzhguesit tanë besnikë Alice, Bob dhe Bill. Me kërkesën tonë, ata renditen në radhë, duke u ndodhur Alice midis Bobit dhe Billit, ndërsa distanca midis çdo çift vëzhguesish është saktësisht 6 kilometra. U dakordësuam që në momentin zero të kohës, Alice do të hidhet në raketë dhe do të fluturojë drejt Billit (pra, larg Bobit) me një akcelerim konstant. Raketa e saj është shumë e mirë, duke qenë në gjendje të arrijë një akcelerim 1.5 trilion herë më të madh se akcelerimi gravitik me të cilin lëvizin objektet afër sipërfaqes së Tokës. Sigurisht, të përshtatet me një akcelerim të tillë nuk është e lehtë për Alice, por, siç do ta shohim tani, këto numra janë zgjedhur për një arsye të caktuar; përfundimisht, ne po diskutojmë vetëm mundësi potenciale, kjo është e gjithë historia. Pikërisht në momentin që 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 nuk ka filluar ende fluturimin, ajo ndodhet në të njëjtën sistem referimi si Bobi dhe Billi, kështu që të gjithë ata mund të synchronizojnë orët e tyre.) Alice, sigurisht, e sheh Billin që po i përshëndet: megjithatë, ndodhur në raketë, ajo do ta ketë parë atë më herët se sa do ta kishte parë nëse do të kishte qëndruar aty ku ishte, sepse raketa e saj fluturon drejt tij. Nga ana tjetër, ajo po largohet nga Bobi, kështu që mund të supozojmë se ajo do ta shohë atë duke përshëndetur disa kohë më vonë se sa do ta kishte parë po të kishte qëndruar në vendin e saj. Por e vërteta është edhe më e habitshme: Alice nuk do ta shohë Bobin fare! Me fjalë të tjera, fotonët që fluturojnë nga Bobi që po përshëndet në drejtim të Alice nuk do ta arrijnë kurrë, edhe pse ajo nuk mund të arrijë kurrë shpejtësinë e dritës. Nëse Bob do të kishte filluar të përshëndetë, duke u ndodhur pak më afër Alice, atëherë fotonët që kishin ikur nga ai në momentin e nisjes së saj, do ta arrinim, por po të kishte qenë pak më larg, atëherë nuk do ta kishin arrin. Pikërisht në këtë kuptim, ne themi se Alice sheh vetëm gjysmën e hapësirës-kohë. Në momentin kur Alice fillon lëvizjen, Bobi ndodhet pak më larg horizontit që Alice e sheh.
Në diskutimin tonë mbi njëngjyrshmërinë kuantike, jemi mësuar me idenë se, edhe nëse një sistem kuantiko-mekanik 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, një pjesë e tij mund të përshkruhet më mirë pikërisht nëpërmjet termodinamikës: mund t'i përkushtohet një temperaturë të caktuar, pavarësisht nga gjendja kuantike shumë të paqartë të gjithë sistemit. Historia jonë e fundit me Alicen, Bobin dhe Bilin është paksa e ngjashme me këtë situatë, por sistemi kuantik për të cilin po flasim këtu është një hapësirë-kohe e zbrazët, dhe Alice sheh vetëm gjysmën e saj. Le të theksojmë se hapësira-koha në tërësi ndodhet në gjendjen e saj themelore, që do të thotë se nuk ka pjesëza në të (sigurisht, përveç Alicës, Bobit, Bilit dhe raketës). Por ajo pjesë e hapësirës-kohe që sheh Alice, do të jetë në një gjendje që nuk është themelore, por në një gjendje të ngatërruar me atë pjesë që ajo nuk e sheh. Hapësira-koha e perceptuar nga Alice është në një gjendje komplekse të paqartë kuantike, e karakterizuar nga një temperaturë përfundimtare. Llogaritjet e Unruh tregojnë se kjo temperaturë është rreth 60 nanokelvin. Në përmbledhje, ndërsa përshpejtohet, Alice është si të ishte duke u zhytur në një banjë të ngrohtë rrezatimi me një temperaturë të barabartë (në njësitë përkatëse) ndaj përshpejtimit, i ndarë me 
Fig. 7.1. Alisa accelerates from rest, while Bob and Bill remain stationary. Alisa's acceleration is just such that she will never see the photons that Bob sends her way at time t = 0. However, she receives the photons that Bill sent her at that moment. As a result, Alisa is able to observe only one half of spacetime.
Çuditësia e llogaritjeve të Unruh është se, megjithëse ato nga fillimi deri në fund i referohen hapësirës së zbrazët, ato i përkshtaten fjalëve të njohura të mbretit Lear, "nga asgjë nuk del asgjë". Si mund të jetë kaq e komplikuar hapësira e zbrazët? Si mund të kenë origjinën grimcat në të? Çështja është se, sipas teorisë kuantike, hapësira e zbrazët nuk është aspak e zbrazët. Ajo është e mbushur me eksitim të shkurtër jetësor, të quajtur grimca virtuale, energjia e të cilave mund të jetë pozitive ose negative. Një vëzhgues nga e ardhmja e largët – le ta quajmë Kërol – e cila është në gjendje të shohë pothuajse të gjithë hapësirën e zbrazët, mund të konfirmojë se aty nuk ka grimca që ekzistojnë për një kohë të gjatë. Megjithatë, prania e grimcave me energji pozitive në atë pjesë të hapësirës-kohë të cilën Alisa mund ta vëzhgojë, për shkak të ngatërrimit kuantik, është e lidhur me eksitimet e energjisë të barabartë dhe me shenjë të kundërt në ato pjesë të hapësirës-kohë që Alisa nuk mund t'i vëzhgojë. E gjithë e vërteta rreth hapësirës-kohë në përgjithësi është e hapur për Kërol, dhe kjo e vërtetë është se aty nuk ka grimca. Megjithatë, përvoja e Alisës i thotë asaj se grimcat janë aty!
Por qoftë, temperatura e llogaritur Unruh duket se është thjesht një fiksion - ajo është më shumë një pronë e vëzhguesit që përjeton një përshpejtim konstant në një hapësirë të sheshtë, sesa një pronë e vetë hapësirës. Megjithatë, vetë graviteti është një forcë "fiktive" në të njëjtën kuptim, në atë sens që "përshpejtimi" që e shkakton, është asgjë më shumë se një lëvizje përgjatë një gjeodezike në një metrikë të deformuar. Siç e sqaruam në kapitullin 2, principi i ekivalencës i Einsteinit thotë se përshpejtimi dhe graviteti, në thelb, janë ekvivalentë. Nga ky këndvështrim, nuk ka asgjë veçanërisht të befasishme në faktin se horizonti i një vrime të zezë ka një temperaturë të barabartë me temperaturën e llogaritur Unruh të një vëzhguesi që përshpejton. Por, mund të pyesim, çfarë vlere të përshpejtimit duhet të përdorim për të përcaktuar temperaturën? Duke u larguar mjaft larg nga vrima e zezë, ne mund të bëjmë gravitetin e saj aq të dobët sa dëshirojmë. Dëshmon kjo se për të përcaktuar temperaturën efikase të vrimës së zezë që matim, duhet të përdorim një vlerë të vogël përkatëse të përshpejtimit? Ky pyetje rezulton të jetë mjaft delikat, pasi besojmë se temperatura e një objekti nuk mund të zvogëlohet në mënyrë arbitrare. Supozohet se ajo ka një vlerë të caktuar përfundimtare, e cila mund të matet edhe nga një vëzhgues shumë i largët.
Burimi: habr.com
