Kozmonotluk Günü kutlu olsun! Matbaaya gönderdik. . İşte bu günlerde astrofizikçiler kara deliklerin neye benzediğini tüm dünyaya gösterdiler. Tesadüf? Biz öyle düşünmüyoruz 😉 Öyleyse bekleyin, yakında Steven Gabser ve France Pretorius tarafından yazılan, harika Pulkovo gökbilimcisi Astrodedus Kirill Maslennikov tarafından tercüme edilen, efsanevi Vladimir Surdin tarafından bilimsel olarak düzenlenen ve yayınlanması tarafından desteklenen muhteşem bir kitap yakında çıkacak. Yörünge Vakfı.
Kesimin altındaki “Kara deliklerin termodinamiği” alıntısı.
Şimdiye kadar kara delikleri süpernova patlamaları sırasında oluşan veya galaksilerin merkezlerinde bulunan astrofiziksel nesneler olarak görüyorduk. Onlara yakın yıldızların ivmelerini ölçerek onları dolaylı olarak gözlemliyoruz. LIGO'nun 14 Eylül 2015'teki meşhur kütleçekim dalgaları tespiti, kara delik çarpışmalarının daha doğrudan gözlemlenmesine bir örnekti. Kara deliklerin doğasını daha iyi anlamak için kullandığımız matematiksel araçlar şunlardır: diferansiyel geometri, Einstein denklemleri ve Einstein denklemlerini çözmek ve kara deliklerin yol açtığı uzay-zaman geometrisini tanımlamak için kullanılan güçlü analitik ve sayısal yöntemler. Ve bir kara deliğin ürettiği uzay-zamanın astrofiziksel açıdan tam bir niceliksel tanımını verebildiğimiz anda, kara delikler konusunun kapanmış olduğu düşünülebilir. Daha geniş bir teorik perspektiften bakıldığında hala keşfedilecek çok yer var. Bu bölümün amacı, termodinamik ve kuantum teorisinden gelen fikirlerin genel görelilik ile birleştirilerek beklenmedik yeni kavramların ortaya çıktığı modern kara delik fiziğindeki bazı teorik gelişmeleri vurgulamaktır. Temel fikir, kara deliklerin sadece geometrik nesneler olmadığıdır. Sıcaklıkları var, muazzam entropileri var ve kuantum dolaşıklığın belirtilerini sergileyebiliyorlar. Kara delik fiziğinin termodinamik ve kuantum yönlerine ilişkin tartışmalarımız, önceki bölümlerde sunulan kara deliklerdeki uzay-zamanın saf geometrik özelliklerinin analizinden daha parçalı ve yüzeysel olacaktır. Ancak bunlar ve özellikle kuantum yönleri, kara delikler üzerinde devam eden teorik araştırmaların önemli ve hayati bir parçasıdır ve karmaşık ayrıntıları olmasa da en azından bu çalışmaların ruhunu aktarmaya çok çalışacağız.
Klasik genel görelilikte - eğer Einstein'ın denklemlerinin çözümlerinin diferansiyel geometrisinden bahsedersek - kara delikler, hiçbir şeyin onlardan kaçamayacağı anlamında gerçekten karadır. Stephen Hawking, kuantum etkilerini hesaba kattığımızda bu durumun tamamen değiştiğini gösterdi: Kara deliklerin, Hawking sıcaklığı olarak bilinen belirli bir sıcaklıkta radyasyon yaydığı ortaya çıktı. Astrofiziksel boyutlardaki kara delikler için (yani yıldız kütleli kara deliklerden süper kütleli kara deliklere kadar), Hawking sıcaklığı, kozmik mikrodalga arka plan sıcaklığına kıyasla ihmal edilebilir düzeydedir - bu, tüm Evreni dolduran radyasyondur ve bu arada, kendisi de Hawking radyasyonunun bir çeşidi olarak kabul edilebilir. Hawking'in kara deliklerin sıcaklığını belirlemeye yönelik hesaplamaları, kara delik termodinamiği adı verilen alanda daha büyük bir araştırma programının parçasıdır. Bu programın bir diğer büyük kısmı, bir kara deliğin içinde kaybolan bilgi miktarını ölçen kara delik entropisinin incelenmesidir. Sıradan nesnelerin (bir bardak su, bir saf magnezyum bloğu veya bir yıldız gibi) da entropisi vardır ve kara delik termodinamiğinin temel ifadelerinden biri, belirli bir boyuttaki bir kara deliğin diğer herhangi bir formdan daha fazla entropiye sahip olduğudur. Aynı büyüklükte ancak kara delik oluşmayan bir alanın içinde bulunabilen madde.
Ancak Hawking radyasyonu ve kara delik entropisi ile ilgili konulara derinlemesine dalmadan önce, kuantum mekaniği, termodinamik ve dolaşıklık alanlarına hızlı bir şekilde göz atalım. Kuantum mekaniği esas olarak 1920'lerde geliştirildi ve asıl amacı atomlar gibi maddenin çok küçük parçacıklarını tanımlamaktı. Kuantum mekaniğinin gelişimi, tek bir parçacığın kesin konumu gibi temel fizik kavramlarının aşınmasına yol açtı: örneğin, bir atom çekirdeği etrafında hareket eden bir elektronun konumunun tam olarak belirlenemeyeceği ortaya çıktı. Bunun yerine elektronlara, gerçek konumlarının yalnızca olasılıksal anlamda belirlenebildiği yörüngeler atandı. Ancak bizim amaçlarımız açısından, olayların bu olasılıksal yönüne çok hızlı geçmemek önemlidir. En basit örneği ele alalım: Hidrojen atomu. Belirli bir kuantum halinde olabilir. Hidrojen atomunun temel durum olarak adlandırılan en basit hali, en düşük enerjiye sahip halidir ve bu enerji kesin olarak bilinmektedir. Daha genel olarak kuantum mekaniği, (prensip olarak) herhangi bir kuantum sisteminin durumunu mutlak hassasiyetle bilmemize olanak tanır.
Kuantum mekaniksel bir sistem hakkında belirli türde sorular sorduğumuzda olasılıklar devreye girer. Örneğin bir hidrojen atomunun temel durumda olduğu kesinse “Elektron nerede?” diye sorabiliriz. ve kuantum yasalarına göre
Mekanikte, bu soru için yalnızca bazı olasılık tahminleri elde edeceğiz, yaklaşık olarak şöyle bir şey: "muhtemelen elektron, bir hidrojen atomunun çekirdeğinden yarım angstrom kadar bir mesafede yer almaktadır" (bir angstrom eşittir 
metre). Ancak belirli bir fiziksel süreç aracılığıyla elektronun konumunu bir angstromdan çok daha doğru bulma fırsatına sahibiz. Fizikte oldukça yaygın olan bu süreç, çok kısa dalga boyuna sahip bir fotonun bir elektrona ateşlenmesinden (veya fizikçilerin dediği gibi, bir fotonun bir elektron tarafından saçılmasından) oluşur; bundan sonra, saçılma anında elektronun konumunu bir elektronla yeniden oluşturabiliriz. Doğruluk yaklaşık olarak fotonun dalga boyuna eşittir. Ancak bu süreç elektronun durumunu değiştirecek ve bundan sonra artık hidrojen atomunun temel durumunda olmayacak ve kesin olarak tanımlanmış bir enerjiye sahip olmayacaktır. Ancak bir süre sonra konumu neredeyse tam olarak belirlenecek (bunun için kullanılan fotonun dalga boyunun doğruluğuyla). Elektronun konumuna ilişkin bir ön tahmin ancak yaklaşık bir angstromluk bir doğrulukla olasılıksal anlamda yapılabilir, ancak onu bir kez ölçtüğümüzde tam olarak ne olduğunu biliriz. Kısacası, bir kuantum mekaniksel sistemi bir şekilde ölçersek, en azından geleneksel anlamda, onu ölçtüğümüz niceliğin belirli bir değerine sahip bir duruma "zorlarız".
Kuantum mekaniği yalnızca küçük sistemler için değil, (inanıyoruz ki) tüm sistemler için geçerlidir; ancak büyük sistemler için kuantum mekaniği kuralları hızla çok karmaşık hale gelir. Anahtar kavramlardan biri kuantum dolanıklıktır ve bunun basit bir örneği spin kavramıdır. Bireysel elektronların spini vardır, dolayısıyla pratikte tek bir elektronun seçilen uzaysal eksene göre yukarı veya aşağı doğru bir spini olabilir. Bir elektronun dönüşü gözlemlenebilir bir miktardır çünkü elektron, manyetik çubuğun alanına benzer şekilde zayıf bir manyetik alan üretir. O zaman yukarı dönüş, elektronun kuzey kutbunun aşağıyı gösterdiği, aşağı doğru dönüş ise kuzey kutbunun yukarıyı gösterdiği anlamına gelir. İki elektron, birinin yukarı ve diğerinin aşağı doğru spinli olduğu konjuge kuantum durumuna yerleştirilebilir, ancak hangi elektronun hangi spine sahip olduğunu söylemek imkansızdır. Esasen, bir helyum atomunun temel durumunda, iki elektron tam olarak bu durumdadır, buna spin tekli adı verilir, çünkü her iki elektronun toplam spini sıfırdır. Bu iki elektronu spinlerini değiştirmeden ayırırsak yine birlikte spin singlet olduklarını söyleyebiliriz, ancak yine de her ikisinin de spininin bireysel olarak ne olacağını söyleyemeyiz. Şimdi, eğer onların dönüşlerinden birini ölçersek ve bunun yukarı doğru yönlendirildiğini tespit edersek, o zaman ikincisinin aşağı doğru yönlendirildiğinden tamamen emin olacağız. Bu durumda, spinlerin dolaşık olduğunu söyleriz; her ikisinin de tek başına belirli bir değeri yoktur, ancak birlikte belirli bir kuantum durumundadırlar.
Einstein dolanıklık olgusundan oldukça endişeliydi: Görelilik teorisinin temel ilkelerini tehdit ediyor gibi görünüyordu. Uzayda birbirinden çok uzak olan iki elektronun spin singlet durumundaki durumunu ele alalım. Elbette birini Alice alsın, diğerini Bob alsın. Diyelim ki Alice elektronunun dönüşünü ölçtü ve yukarıya doğru yönlendirildiğini buldu ancak Bob hiçbir şey ölçmedi. Alice ölçümünü yapana kadar elektronunun dönüşünün ne olduğunu söylemek imkansızdı. Ancak ölçümünü tamamlar tamamlamaz Bob'un elektronunun dönüşünün aşağıya doğru (kendi elektronunun dönüşünün tersi yönde) olduğunu kesinlikle biliyordu. Bu onun ölçümünün Bob'un elektronunu anında dönme durumuna soktuğu anlamına mı geliyor? Elektronlar uzaysal olarak ayrılmışsa bu nasıl olabilir? Einstein ve çalışma arkadaşları Nathan Rosen ve Boris Podolsky, dolanık sistemleri ölçme hikayesinin o kadar ciddi olduğunu ve kuantum mekaniğinin varlığını tehdit ettiğini düşünüyorlardı. Formüle ettikleri Einstein-Podolsky-Rosen Paradoksu (EPR), kuantum mekaniğinin gerçekliğin tam bir tanımı olamayacağı sonucuna varmak için az önce tanımladığımıza benzer bir düşünce deneyini kullanıyor. Artık daha sonra yapılan teorik araştırmalara ve birçok ölçüme dayanarak, EPR paradoksunun bir hata içerdiği ve kuantum teorisinin doğru olduğu yönünde genel bir görüş ortaya çıktı. Kuantum mekaniksel dolaşıklık gerçektir: Dolanık sistemlerin ölçümleri, sistemler uzay-zamanda birbirinden çok uzakta olsa bile birbiriyle ilişkili olacaktır.
İki elektronu spin tekli durumuna koyup onları Alice ve Bob'a verdiğimiz duruma geri dönelim. Ölçümler yapılmadan önce elektronlar hakkında neler söyleyebiliriz? İkisi birlikte belirli bir kuantum durumundadır (spin-tekli). Alice'in elektronunun dönüşünün yukarı veya aşağı doğru yönelme olasılığı eşit derecede yüksektir. Daha kesin olarak, elektronunun kuantum durumu eşit olasılıkla biri (yukarı dönüş) ya da diğeri (dönme aşağı) olabilir. Artık bizim için olasılık kavramı eskisinden daha derin bir anlam kazanıyor. Daha önce belirli bir kuantum durumuna (hidrojen atomunun temel durumu) baktık ve "Elektron nerede?" gibi bazı "uygunsuz" soruların olduğunu gördük; bu soruların yanıtları yalnızca olasılıksal anlamda mevcuttu. “Bu elektronun enerjisi nedir?” gibi “iyi” sorular sorsak kesin cevaplar alırız. Artık Alice'in elektronu hakkında sorabileceğimiz, Bob'un elektronuna bağlı yanıtları olmayan "iyi" sorular yoktur. ("Alice'in elektronunun bir dönüşü var mı?" gibi aptalca sorulardan bahsetmiyoruz - tek bir cevabı olan sorular.) Dolayısıyla, dolanık sistemin yarısının parametrelerini belirlemek için şunu kullanmamız gerekecek: olasılık dili. Kesinlik ancak Alice ve Bob'un elektronları hakkında sorabileceği sorular arasındaki bağlantıyı düşündüğümüzde ortaya çıkar.
Bildiğimiz en basit kuantum mekaniksel sistemlerden biriyle bilinçli olarak başladık: bireysel elektronların dönüş sistemi. Kuantum bilgisayarların bu kadar basit sistemler temel alınarak inşa edileceğine dair umut var. Tek tek elektronların veya diğer eşdeğer kuantum sistemlerinin dönüş sistemleri artık kübitler (“kuantum bitleri”nin kısaltması) olarak adlandırılıyor ve dijital bilgisayarlardaki sıradan bitlerin oynadığı role benzer şekilde kuantum bilgisayarlardaki rollerini vurguluyor.
Şimdi her elektronu, yalnızca iki kuantum durumuna sahip değil, birçok kuantum durumuna sahip çok daha karmaşık bir kuantum sistemiyle değiştirdiğimizi hayal edelim. Örneğin Alice ve Bob'a saf magnezyum çubukları verdiler. Alice ve Bob kendi yollarına gitmeden önce çubukları etkileşime girebilir ve bunu yaparak belirli bir ortak kuantum durumu elde ettikleri konusunda hemfikiriz. Alice ve Bob ayrılır ayrılmaz magnezyum çubuklarının etkileşimi durur. Elektronlarda olduğu gibi, her bir çubuk belirsiz bir kuantum durumundadır, ancak inandığımız gibi birlikte iyi tanımlanmış bir durum oluştururlar. (Bu tartışmada, tıpkı daha önce Alice ve Bob'un dolanık elektronlarını spinlerini değiştirmeden ayırabildiklerini varsaydığımız gibi, Alice ve Bob'un iç durumlarını hiçbir şekilde bozmadan magnezyum çubuklarını hareket ettirebildiklerini varsayıyoruz.) Ancak şu da var: Bu düşünce deneyi ile elektron deneyi arasındaki fark, her bir çubuğun kuantum durumundaki belirsizliğin çok büyük olmasıdır. Çubuk, Evrendeki atom sayısından daha fazla kuantum durumu elde edebilir. Termodinamiğin devreye girdiği yer burasıdır. Çok kötü tanımlanmış sistemler yine de bazı iyi tanımlanmış makroskobik özelliklere sahip olabilir. Böyle bir özellik örneğin sıcaklıktır. Sıcaklık, bir sistemin herhangi bir parçasının belirli bir ortalama enerjiye sahip olma olasılığının bir ölçüsüdür; daha yüksek sıcaklıklar, daha fazla enerjiye sahip olma olasılığının daha yüksek olmasına karşılık gelir. Bir diğer termodinamik parametre ise esasen bir sistemin üstlenebileceği durum sayısının logaritmasına eşit olan entropidir. Bir magnezyum çubuğu için önemli olabilecek diğer bir termodinamik özellik, onun net mıknatıslanmasıdır; bu, esas olarak çubukta, spin aşağı elektronlardan ne kadar daha fazla spin-up elektronu bulunduğunu gösteren bir parametredir.
Diğer sistemlerle dolaşıklıkları nedeniyle kuantum durumları kesin olarak bilinmeyen sistemleri tanımlamanın bir yolu olarak termodinamiği hikayemize kattık. Termodinamik bu tür sistemleri analiz etmek için güçlü bir araçtır ancak yaratıcıları onun bu şekilde uygulanmasını hiç düşünmemişti. Sadi Carnot, James Joule, Rudolf Clausius, 19. yüzyıl sanayi devriminin figürleriydi ve tüm soruların en pratikiyle ilgileniyorlardı: Motorlar nasıl çalışır? Basınç, hacim, sıcaklık ve ısı motorların can damarıdır. Carnot, ısı formundaki enerjinin hiçbir zaman tamamen yük kaldırma gibi faydalı işe dönüştürülemeyeceğini ortaya koydu. Enerjinin bir kısmı her zaman boşa gidecektir. Clausius, ısı içeren herhangi bir işlem sırasında enerji kayıplarını belirlemek için evrensel bir araç olarak entropi fikrinin yaratılmasına büyük katkı sağladı. Başlıca başarısı, entropinin asla azalmadığını, neredeyse tüm süreçlerde arttığını fark etmesiydi. Entropinin arttığı süreçlere geri döndürülemez denir, çünkü bunlar entropide azalma olmadan tersine çevrilemez. İstatistik mekaniğinin gelişimine yönelik bir sonraki adım Clausius, Maxwell ve Ludwig Boltzmann (diğerlerinin yanı sıra) tarafından atıldı; entropinin bir düzensizlik ölçüsü olduğunu gösterdiler. Genellikle bir şey üzerinde ne kadar çok hareket ederseniz, o kadar çok düzensizlik yaratırsınız. Amacı düzeni yeniden sağlamak olan bir süreç tasarlasanız bile, bu kaçınılmaz olarak, örneğin ısının açığa çıkmasıyla yok edilecek olandan daha fazla entropi yaratacaktır. Çelik kirişleri mükemmel bir düzende döşeyen bir vinç, kirişlerin dizilişi açısından düzen yaratır, ancak çalışması sırasında o kadar fazla ısı üretir ki genel entropi yine de artar.
Ancak yine de 19. yüzyıl fizikçilerinin termodinamiğe bakış açısı ile kuantum dolaşıklığa ilişkin görüş arasındaki fark sanıldığı kadar büyük değildir. Bir sistem harici bir etkenle her etkileşime girdiğinde, kuantum durumu, etkenin kuantum durumuyla karışır. Tipik olarak bu dolaşıklık, sistemin kuantum durumunun belirsizliğinin artmasına, diğer bir deyişle sistemin içinde bulunabileceği kuantum durumlarının sayısının artmasına neden olur. Diğer sistemlerle etkileşimin bir sonucu olarak, sistemin kullanabileceği kuantum durumlarının sayısıyla tanımlanan entropi genellikle artar.
Genel olarak kuantum mekaniği, bazı parametrelerin (uzaydaki konum gibi) belirsizleştiği, ancak diğerlerinin (enerji gibi) çoğunlukla kesin olarak bilindiği fiziksel sistemleri karakterize etmek için yeni bir yol sağlar. Kuantum dolanıklık durumunda, sistemin temelde ayrı iki parçası bilinen bir ortak kuantum durumuna sahiptir ve her parça ayrı ayrı belirsiz bir duruma sahiptir. Dolaşmanın standart bir örneği, tekli durumdaki bir çift spindir; burada hangi spinin yukarı, hangisinin aşağı olduğunu söylemek imkansızdır. Büyük bir sistemdeki kuantum durumunun belirsizliği, sistemin birçok olası mikroskobik kuantum durumuna sahip olmasına rağmen sıcaklık ve entropi gibi makroskobik parametrelerin büyük bir doğrulukla bilindiği termodinamik bir yaklaşımı gerektirir.
Kuantum mekaniği, dolaşıklık ve termodinamik alanlarına yaptığımız kısa gezimizi tamamladıktan sonra, şimdi tüm bunların kara deliklerin bir sıcaklığa sahip olduğu gerçeğinin anlaşılmasına nasıl yol açtığını anlamaya çalışalım. Buna yönelik ilk adım Bill Unruh tarafından atıldı; düz uzayda hızlanan bir gözlemcinin sıcaklığının, ivmesinin 2π'ye bölünmesine eşit olacağını gösterdi. Unruh'un hesaplamalarının anahtarı, belirli bir yönde sabit ivmeyle hareket eden bir gözlemcinin düz uzay-zamanın yalnızca yarısını görebilmesidir. İkinci yarı esas olarak kara deliğinkine benzer bir ufkun arkasındadır. İlk başta imkansız görünüyor: Düz uzay-zaman nasıl bir kara deliğin ufku gibi davranabilir? Bunun nasıl sonuçlandığını anlamak için sadık gözlemcilerimiz Alice, Bob ve Bill'i yardıma çağıralım. İsteğimiz üzerine Bob ve Bill arasında Alice olacak şekilde sıraya giriyorlar ve her çiftteki gözlemciler arasındaki mesafe tam olarak 6 kilometre. Sıfır zamanda Alice'in rokete atlayıp sabit ivmeyle Bill'e doğru (ve dolayısıyla Bob'dan uzağa) uçacağı konusunda anlaştık. Roketi çok iyi, nesnelerin Dünya yüzeyine yakın hareket ettiği yerçekimi ivmesinden 1,5 trilyon kat daha büyük bir ivme geliştirme kapasitesine sahip. Elbette Alice'in bu kadar hızlanmaya dayanması kolay değil ama şimdi göreceğimiz gibi bu sayılar bir amaç için seçiliyor; günün sonunda sadece potansiyel fırsatları tartışıyoruz, hepsi bu. Tam Alice roketine atladığı anda Bob ve Bill ona el sallıyor. (“Tam olarak şu anda…” ifadesini kullanma hakkına sahibiz, çünkü Alice henüz uçuşuna başlamamış olmasına rağmen Bob ve Bill ile aynı referans çerçevesindedir, dolayısıyla hepsi saatlerini senkronize edebilirler. .) Alice'e el sallamak elbette Bill'i ona görüyor: ancak roketin içindeyken onu, olduğu yerde kalsaydı olacağından daha erken görecek, çünkü onunla birlikte roketi tam olarak ona doğru uçuyor. Tam tersine, Bob'dan uzaklaşıyor, dolayısıyla Bob'un kendisine el salladığını, kendisi aynı yerde kalsaydı göreceğinden biraz daha geç göreceğini makul bir şekilde varsayabiliriz. Ancak gerçek daha da şaşırtıcı: Bob'u hiç göremeyecek! Yani Bob'un sallanan elinden Alice'e uçan fotonlar, Alice ışık hızına asla ulaşamayacak olsa bile ona asla yetişemeyecektir. Bob, Alice'e biraz daha yakın olarak el sallamaya başlasaydı, o zaman ayrıldığı anda ondan uzaklaşan fotonlar onu yakalayacaktı ve biraz daha uzakta olsaydı, onu geçmeyeceklerdi. Bu anlamda Alice'in uzay-zamanın yalnızca yarısını gördüğünü söylüyoruz. Alice hareket etmeye başladığı anda Bob, Alice'in gözlemlediği ufkun biraz ilerisindedir.
Kuantum dolanıklığı tartışmamızda, bir kuantum mekaniksel sistemin bir bütün olarak belirli bir kuantum durumuna sahip olsa bile bazı kısımlarının buna sahip olmayabileceği fikrine alıştık. Aslında, karmaşık bir kuantum sistemini tartıştığımızda, onun bir kısmı termodinamik açısından en iyi şekilde tanımlanabilir: tüm sistemin son derece belirsiz kuantum durumuna rağmen, ona iyi tanımlanmış bir sıcaklık atanabilir. Alice, Bob ve Bill'i kapsayan son hikayemiz biraz bu duruma benziyor ama burada bahsettiğimiz kuantum sistemi boş uzay-zamandır ve Alice bunun sadece yarısını görmektedir. Uzay-zamanın bir bütün olarak temel durumunda olduğuna dair bir rezervasyon yapalım, bu da onun içinde hiçbir parçacık olmadığı anlamına gelir (tabii ki Alice, Bob, Bill ve roketi saymazsak). Ancak uzay-zamanın Alice'in gördüğü kısmı temel durumda olmayacak, onun görmediği kısmıyla dolaşmış bir durumda olacaktır. Alice tarafından algılanan uzay-zaman, sonlu bir sıcaklıkla karakterize edilen karmaşık, belirsiz bir kuantum halindedir. Unruh'un hesaplamaları bu sıcaklığın yaklaşık 60 nanokelvin olduğunu gösteriyor. Kısacası, Alice hızlandıkça, sıcaklığı (uygun birimler halinde) ivmenin bölü bölüne eşit olan sıcak bir radyasyon banyosuna dalmış gibi görünüyor.
Pirinç. 7.1. Alice dinlenme halinden hızlanarak hareket ederken Bob ve Bill hareketsiz kalır. Alice'in ivmesi öyledir ki, Bob'un kendisine gönderdiği fotonları t = 0'da asla göremez. Ancak Bill'in ona gönderdiği fotonları t = 0'da alır. Sonuç olarak Alice uzay-zamanın yalnızca yarısını gözlemleyebiliyor.
Unruh'un hesaplamalarının tuhaf yanı, baştan sona boş uzaya atıfta bulunmalarına rağmen Kral Lear'ın ünlü sözleriyle çelişmesidir: "Hiçlikten hiçbir şey çıkmaz." Boş uzay nasıl bu kadar karmaşık olabilir? Parçacıklar nereden gelebilir? Gerçek şu ki, kuantum teorisine göre boş uzay hiç de boş değildir. İçinde, orada burada, enerjisi hem pozitif hem de negatif olabilen sanal parçacıklar adı verilen kısa ömürlü uyarımlar sürekli olarak ortaya çıkar ve kaybolur. Uzak gelecekten gelen ve boş uzayın neredeyse tamamını görebilen bir gözlemci (ona Carol adını verelim), uzayda uzun süre kalıcı parçacıkların bulunmadığını doğrulayabilir. Dahası, uzay-zamanın Alice'in gözlemleyebildiği kısmında kuantum dolanıklık nedeniyle pozitif enerjiye sahip parçacıkların varlığı, uzay-zamanın Alice için gözlemlenemeyen kısmında eşit ve zıt enerji işaretli uyarılmalarla ilişkilidir. Bir bütün olarak boş uzay-zaman hakkındaki tüm gerçek Carol'a açıklanır ve gerçek şu ki, orada hiçbir parçacık yoktur. Ancak Alice'in deneyimi ona parçacıkların orada olduğunu söylüyor!
Ancak daha sonra Unruh tarafından hesaplanan sıcaklığın sadece bir kurgu gibi göründüğü ortaya çıktı; bu, düz uzayın bir özelliği değil, düz uzayda sabit ivmeyi deneyimleyen bir gözlemcinin bir özelliği. Bununla birlikte, yerçekiminin kendisi de aynı "kurgusal" kuvvettir; bunun nedeni, neden olduğu "ivmenin" kavisli bir metrikteki jeodezik boyunca hareketten başka bir şey olmamasıdır. 2. Bölüm'de açıkladığımız gibi, Einstein'ın eşdeğerlik ilkesi ivme ve yerçekiminin esasen eşdeğer olduğunu belirtir. Bu açıdan bakıldığında, kara deliğin ufkunun sıcaklığının Unruh'un hızlanan gözlemcinin sıcaklığına ilişkin hesaplamasına eşit olmasında özellikle şok edici bir şey yok. Ancak sıcaklığı belirlemek için hangi ivme değerini kullanmamız gerektiğini sorabilir miyiz? Bir kara delikten yeterince uzaklaşarak onun çekimsel çekimini istediğimiz kadar zayıf hale getirebiliriz. Bu, ölçtüğümüz bir kara deliğin etkin sıcaklığını belirlemek için buna karşılık gelen küçük bir ivme değeri kullanmamız gerektiği anlamına mı geliyor? Bu sorunun oldukça sinsi olduğu ortaya çıkıyor çünkü inandığımız gibi bir nesnenin sıcaklığı keyfi olarak azalamaz. Çok uzaktaki bir gözlemci tarafından bile ölçülebilen sabit bir sonlu değere sahip olduğu varsayılmaktadır.
Kaynak: habr.com