Kosmonavtika kuni bilan! Bosmaxonaga jo‘natdik . Aynan shu kunlarda astrofiziklar qora tuynuklar qanday ko'rinishini butun dunyoga ko'rsatishdi. Tasodifmi? Biz shunday deb o'ylamaymiz 😉 Shunday qilib, kuting, tez orada ajoyib kitob paydo bo'ladi, Stiven Gabser va Frantsiya Pretorius tomonidan yozilgan, ajoyib Pulkovo astronomi aka Astrodedus Kirill Maslennikov tomonidan tarjima qilingan, afsonaviy Vladimir Surdin tomonidan ilmiy tahrirlangan va uni nashr etish bilan qo'llab-quvvatlangan. Traektoriya asosi.
Kesim ostidagi "Qora tuynuklar termodinamiği" parchasi.
Shu paytgacha biz qora tuynuklarni o'ta yangi yulduz portlashlari paytida hosil bo'lgan yoki galaktikalar markazlarida yotadigan astrofizik ob'ektlar sifatida ko'rib chiqdik. Biz ularni bilvosita ularga yaqin yulduzlarning tezlanishlarini o'lchash orqali kuzatamiz. LIGO ning 14-yil 2015-sentabrdagi mashhur tortishish to‘lqinlarini aniqlashi qora tuynuklar to‘qnashuvini to‘g‘ridan-to‘g‘ri kuzatishga misol bo‘ldi. Qora tuynuklar tabiatini yaxshiroq tushunish uchun biz foydalanadigan matematik vositalar quyidagilardir: differensial geometriya, Eynshteyn tenglamalari va Eynshteyn tenglamalarini yechish va qora tuynuklar yaratgan fazo-vaqt geometriyasini tasvirlash uchun qoʻllaniladigan kuchli analitik va raqamli usullar. Va biz qora tuynuk tomonidan yaratilgan fazo-vaqtning to'liq miqdoriy tavsifini berishimiz bilanoq, astrofizik nuqtai nazardan, qora tuynuklar mavzusini yopiq deb hisoblash mumkin. Kengroq nazariy nuqtai nazardan, tadqiqot uchun hali ko'p joy mavjud. Ushbu bobning maqsadi zamonaviy qora tuynuklar fizikasidagi ba'zi nazariy yutuqlarni yoritib berishdan iborat bo'lib, ularda termodinamika va kvant nazariyasi g'oyalari umumiy nisbiylik nazariyasi bilan birlashtirilib, kutilmagan yangi tushunchalar paydo bo'ladi. Asosiy fikr shundaki, qora tuynuklar shunchaki geometrik jismlar emas. Ular haroratga ega, ular juda katta entropiyaga ega va ular kvant chalkashliklarining namoyon bo'lishi mumkin. Qora tuynuklar fizikasining termodinamik va kvant jihatlari haqidagi munozaralarimiz avvalgi boblarda keltirilgan qora tuynuklardagi fazo-vaqtning sof geometrik xususiyatlarini tahlil qilishdan ko'ra ko'proq bo'lakli va yuzaki bo'ladi. Ammo bu va ayniqsa kvant jihatlari qora tuynuklar bo'yicha olib borilayotgan nazariy tadqiqotlarning muhim va muhim qismidir va biz murakkab tafsilotlar bo'lmasa ham, hech bo'lmaganda bu ishlarning ruhini etkazishga juda ko'p harakat qilamiz.
Klassik umumiy nisbiylik nazariyasida - Eynshteyn tenglamalari yechimlarining differensial geometriyasi haqida gapiradigan bo'lsak - qora tuynuklar haqiqatan ham qora bo'lib, ulardan hech narsa qochib qutula olmaydi. Stiven Xoking kvant effektlarini hisobga olsak, bu holat butunlay o'zgarishini ko'rsatdi: qora tuynuklar Xoking harorati deb nomlanuvchi ma'lum bir haroratda nurlanish chiqaradi. Astrofizik o'lchamdagi qora tuynuklar uchun (ya'ni yulduz massasidan supermassiv qora tuynuklargacha) Xoking harorati kosmik mikroto'lqinli fonning haroratiga nisbatan ahamiyatsiz - butun olamni to'ldiradigan radiatsiya, aytmoqchi, o'zini Xoking nurlanishining bir varianti deb hisoblash mumkin. Xokingning qora tuynuklar haroratini aniqlash bo‘yicha hisob-kitoblari qora tuynuk termodinamiği deb ataladigan sohadagi katta tadqiqot dasturining bir qismidir. Ushbu dasturning yana bir katta qismi qora tuynuk entropiyasini o'rganish bo'lib, u qora tuynuk ichida yo'qolgan ma'lumot miqdorini o'lchaydi. Oddiy jismlar (masalan, bir stakan suv, sof magniy bloki yoki yulduz) ham entropiyaga ega va qora tuynuk termodinamikasining markaziy bayonotlaridan biri shundaki, ma'lum o'lchamdagi qora tuynuk boshqa shakllarga qaraganda ko'proq entropiyaga ega. bir xil o'lchamdagi, ammo qora tuynuk hosil bo'lmagan hududda bo'lishi mumkin bo'lgan materiya.
Ammo Xoking radiatsiyasi va qora tuynuk entropiyasi bilan bog'liq masalalarga chuqur kirib borishdan oldin, keling, kvant mexanikasi, termodinamika va chalkashlik sohalariga tezda aylanib o'taylik. Kvant mexanikasi asosan 1920-yillarda ishlab chiqilgan bo'lib, uning asosiy maqsadi moddaning atomlar kabi juda kichik zarralarini tasvirlash edi. Kvant mexanikasining rivojlanishi alohida zarrachaning aniq joylashuvi kabi fizikaning asosiy tushunchalarini eroziyaga olib keldi: masalan, atom yadrosi atrofida harakatlanayotgan elektronning holatini aniq aniqlash mumkin emasligi ma'lum bo'ldi. Buning o'rniga elektronlar orbita deb ataladigan bo'lib, ularda ularning haqiqiy pozitsiyalari faqat ehtimollik ma'nosida aniqlanishi mumkin. Biroq, bizning maqsadlarimiz uchun, narsalarning bu ehtimolli tomoniga juda tez o'tmaslik muhimdir. Eng oddiy misolni olaylik: vodorod atomi. U ma'lum bir kvant holatida bo'lishi mumkin. Vodorod atomining asosiy holati deb ataladigan eng oddiy holati eng kam energiyaga ega bo'lgan holat bo'lib, bu energiya aniq ma'lum. Umuman olganda, kvant mexanikasi har qanday kvant tizimining holatini mutlaq aniqlik bilan bilishga imkon beradi.
Kvant mexanik tizim haqida ma'lum turdagi savollarni berganimizda, ehtimollar o'ynaydi. Misol uchun, agar vodorod atomi asosiy holatda ekanligi aniq bo'lsa, biz "elektron qayerda?" Deb so'rashimiz mumkin. va kvant qonunlariga ko'ra
Mexanika, biz bu savolning ehtimolligi haqida faqat ba'zi taxminlarni olamiz, taxminan: "ehtimol, elektron vodorod atomi yadrosidan yarim angstromgacha masofada joylashgan" (bir angstrom tengdir 
metr). Ammo bizda ma'lum bir jismoniy jarayon orqali elektronning o'rnini bitta angstromga qaraganda ancha aniqroq topish imkoniyati mavjud. Fizikada bu juda keng tarqalgan jarayon elektronga juda qisqa to'lqin uzunlikdagi fotonni yoqishdan iborat (yoki fiziklar aytganidek, fotonni elektron orqali tarqatish) - shundan so'ng biz elektronning tarqalish paytidagi joylashuvini qayta qurishimiz mumkin. aniqlik taxminan to'lqin uzunligi fotonga teng. Ammo bu jarayon elektronning holatini o'zgartiradi, shundan keyin u vodorod atomining asosiy holatida bo'lmaydi va aniq belgilangan energiyaga ega bo'lmaydi. Ammo bir muncha vaqt uning pozitsiyasi deyarli aniq aniqlanadi (buning uchun ishlatiladigan fotonning to'lqin uzunligining aniqligi bilan). Elektronning holatini dastlabki baholashni faqat bir angstrom aniqligi bilan ehtimollik nuqtai nazaridan amalga oshirish mumkin, lekin biz uni o'lchaganimizdan so'ng, biz uning nima ekanligini aniq bilib olamiz. Xulosa qilib aytganda, agar biz kvant mexanik tizimni qandaydir tarzda o'lchaydigan bo'lsak, unda, hech bo'lmaganda, odatiy ma'noda, biz uni o'lchagan miqdorning ma'lum bir qiymatiga ega bo'lgan holatga "majburlaymiz".
Kvant mexanikasi nafaqat kichik tizimlarga, balki (biz ishonamiz) barcha tizimlarga taalluqlidir, lekin katta tizimlar uchun kvant mexanik qoidalari tezda juda murakkablashadi. Asosiy tushuncha kvant chalkashligi bo'lib, uning oddiy misoli spin tushunchasidir. Alohida elektronlar spinga ega, shuning uchun amalda bitta elektron tanlangan fazoviy o'qga nisbatan yuqoriga yoki pastga yo'naltirilgan spinga ega bo'lishi mumkin. Elektronning spini kuzatilishi mumkin bo'lgan kattalikdir, chunki elektron magnit chiziqning maydoniga o'xshash zaif magnit maydon hosil qiladi. Keyin yuqoriga aylanish elektronning shimoliy qutbi pastga qaraganini anglatadi va pastga aylanish shimoliy qutb yuqoriga qaratilganligini anglatadi. Ikki elektron konjugatsiyalangan kvant holatiga joylashtirilishi mumkin, bunda ulardan biri yuqoriga, ikkinchisi esa pastga spinga ega, lekin qaysi elektronning qaysi spinga ega ekanligini aniqlash mumkin emas. Aslini olganda, geliy atomining asosiy holatida ikkita elektron aynan shu holatda bo'ladi, ular spin singleti deb ataladi, chunki ikkala elektronning umumiy spini nolga teng. Agar biz bu ikki elektronni spinlarini o'zgartirmasdan ajratsak, ular birgalikda spin singllari deb aytishimiz mumkin, ammo ularning har birining spini individual ravishda qanday bo'lishini hali ayta olmaymiz. Endi, agar biz ularning aylanishlaridan birini o'lchab, uning yuqoriga yo'naltirilganligini aniqlasak, ikkinchisi pastga yo'naltirilganligiga to'liq amin bo'lamiz. Bunday vaziyatda biz spinlar chigallashgan deb aytamiz - na o'z-o'zidan aniq qiymatga ega emas, lekin ular birgalikda aniq kvant holatidadir.
Eynshteyn chalkashlik hodisasidan juda xavotirda edi: u nisbiylik nazariyasining asosiy tamoyillariga tahdid solayotgandek edi. Spin singl holatidagi ikkita elektronning fazoda bir-biridan uzoqda joylashgan holatini ko'rib chiqaylik. Ishonch hosil qilish uchun, Elis ulardan birini, Bob ikkinchisini olsin. Aytaylik, Elis o'z elektronining spinini o'lchadi va u yuqoriga yo'naltirilganligini aniqladi, lekin Bob hech narsani o'lchamadi. Elis o'lchovni amalga oshirmaguncha, uning elektronining spini nima ekanligini aytish mumkin emas edi. Ammo u o'lchovni tugatgandan so'ng, u Bob elektronining spini pastga (o'z elektronining spiniga qarama-qarshi yo'nalishda) yo'naltirilganligini aniq bildi. Bu uning o'lchovi Bobning elektronini bir zumda aylanish holatiga qo'yishini anglatadimi? Agar elektronlar fazoviy ravishda ajratilgan bo'lsa, bu qanday sodir bo'lishi mumkin? Eynshteyn va uning hamkorlari Natan Rozen va Boris Podolskiy chigal tizimlarni o'lchash hikoyasi shunchalik jiddiyki, bu kvant mexanikasining mavjudligiga tahdid soladi. Ular ishlab chiqqan Eynshteyn-Podolskiy-Rozen paradoksi (EPR) kvant mexanikasi haqiqatning toʻliq tavsifi boʻla olmaydi degan xulosaga kelish uchun biz taʼriflaganimizga oʻxshash fikrlash tajribasidan foydalanadi. Endi, keyingi nazariy tadqiqotlar va ko'plab o'lchovlar asosida, EPR paradoksida xato borligi va kvant nazariyasi to'g'ri ekanligi haqida umumiy konsensus aniqlandi. Kvant-mexanik chalkashlik haqiqiydir: chigallashgan tizimlarning o'lchovlari tizimlar fazoda bir-biridan uzoqda bo'lsa ham, o'zaro bog'liq bo'ladi.
Keling, ikkita elektronni spin singl holatiga qo'yib, ularni Elis va Bobga bergan vaziyatga qaytaylik. O'lchovlarni amalga oshirishdan oldin elektronlar haqida nima deyishimiz mumkin? Ularning ikkalasi birgalikda ma'lum bir kvant holatida (spin-singlet). Elis elektronining aylanishi bir xil darajada yuqoriga yoki pastga yo'naltiriladi. Aniqroq aytganda, uning elektronining kvant holati teng ehtimollik bilan bitta (yuqoriga aylanish) yoki boshqa (pastga aylanish) bo'lishi mumkin. Endi biz uchun ehtimollik tushunchasi avvalgidan ko'ra chuqurroq ma'no kasb etadi. Ilgari biz ma'lum bir kvant holatini (vodorod atomining asosiy holati) ko'rib chiqdik va ba'zi "noqulay" savollar mavjudligini ko'rdik, masalan, "Elektron qayerda?" - javoblari faqat ehtimollik ma'nosida mavjud bo'lgan savollar. Agar biz «Bu elektronning energiyasi nima?» kabi «yaxshi» savollarni so'rasak, aniq javob olardik. Endi biz Elisning elektroni haqida so'rashimiz mumkin bo'lgan "yaxshi" savollar yo'q, ularga Bobning elektroniga bog'liq javoblar yo'q. (Biz “Elisning elektroni hatto spinga ham egami?” kabi ahmoqona savollar haqida gapirmayapmiz - bu savollarga bitta javob bor.) Shunday qilib, chigallashgan tizimning yarmining parametrlarini aniqlash uchun biz foydalanishimiz kerak bo'ladi. ehtimolli til. Elis va Bob o'z elektronlari haqida so'rashi mumkin bo'lgan savollar o'rtasidagi bog'liqlikni ko'rib chiqsak, aniqlik paydo bo'ladi.
Biz ataylab biz bilgan eng oddiy kvant mexanik tizimlardan biri bilan boshladik: alohida elektronlarning spinlari tizimi. Bunday oddiy tizimlar asosida kvant kompyuterlari yaratilishiga umid bor. Ayrim elektronlar yoki boshqa ekvivalent kvant tizimlarining spin tizimi endi kubitlar ("kvant bitlari" ning qisqartmasi) deb nomlanadi, bu ularning kvant kompyuterlaridagi rolini ta'kidlaydi, xuddi raqamli kompyuterlarda oddiy bitlar o'ynagan rolga o'xshaydi.
Keling, har bir elektronni ikkita emas, balki ko'plab kvant holatiga ega bo'lgan ancha murakkab kvant tizimi bilan almashtirganimizni tasavvur qilaylik. Misol uchun, ular Elis va Bobga sof magniy barlarini berishdi. Elis va Bob alohida yo'llariga borishdan oldin, ularning barlari o'zaro ta'sir qilishi mumkin va biz bunda ular ma'lum bir umumiy kvant holatiga ega bo'lishlariga rozi bo'lamiz. Elis va Bob ajralishi bilan ularning magniy barlari o'zaro ta'sir qilishni to'xtatadi. Elektronlarda bo'lgani kabi, har bir novda noaniq kvant holatidadir, garchi ular birgalikda, biz ishonganimizdek, aniq belgilangan holatni hosil qiladi. (Ushbu munozarada biz Elis va Bob o'zlarining ichki holatini hech qanday tarzda buzmasdan magniy barlarini harakatga keltira oladilar, deb taxmin qilamiz, xuddi ilgari biz Alisa va Bob spinlarini o'zgartirmasdan o'zlarining chigallashgan elektronlarini ajratishlari mumkin deb taxmin qilganimizdek.) farq Ushbu fikrlash tajribasi va elektron eksperiment o'rtasidagi farq shundaki, har bir barning kvant holatidagi noaniqlik juda katta. Bar koinotdagi atomlar sonidan ko'ra ko'proq kvant holatlariga ega bo'lishi mumkin. Bu erda termodinamika o'ynaydi. Juda noto'g'ri aniqlangan tizimlar ba'zi yaxshi aniqlangan makroskopik xususiyatlarga ega bo'lishi mumkin. Bunday xususiyat, masalan, haroratdir. Harorat - bu tizimning har qanday qismi ma'lum bir o'rtacha energiyaga ega bo'lish ehtimoli qanchalik yuqori bo'lsa, yuqori haroratlar katta energiyaga ega bo'lish ehtimoli ko'proq. Yana bir termodinamik parametr entropiya bo'lib, u mohiyatan tizim qabul qilishi mumkin bo'lgan holatlar sonining logarifmiga teng. Magniy bari uchun muhim bo'lgan yana bir termodinamik xarakteristikasi uning aniq magnitlanishi bo'lib, u mohiyatan barda aylanadigan elektronlarga qaraganda qanchalik ko'pligini ko'rsatadigan parametrdir.
Biz termodinamikani o'z hikoyamizga kvant holatlari boshqa tizimlar bilan aralashib ketganligi sababli aniq ma'lum bo'lmagan tizimlarni tasvirlash usuli sifatida kiritdik. Termodinamika bunday tizimlarni tahlil qilish uchun kuchli vositadir, lekin uni yaratuvchilari uni bu tarzda qo'llashni umuman tasavvur qilishmagan. Sadi Karno, Jeyms Joul, Rudolf Klauzius XNUMX-asr sanoat inqilobining arboblari bo'lib, ularni eng amaliy savollar qiziqtirdi: dvigatellar qanday ishlaydi? Bosim, hajm, harorat va issiqlik dvigatellarning tanasi va qonidir. Karno issiqlik ko'rinishidagi energiya hech qachon yuklarni ko'tarish kabi foydali ishlarga to'liq aylantirilmasligini aniqladi. Ba'zi energiya har doim behuda ketadi. Klauzius issiqlik bilan bog'liq har qanday jarayonda energiya yo'qotishlarini aniqlash uchun universal vosita sifatida entropiya g'oyasini yaratishga katta hissa qo'shdi. Uning asosiy yutug'i entropiya hech qachon kamaymasligini anglash edi - deyarli barcha jarayonlarda u oshadi. Entropiya ortib borayotgan jarayonlar qaytarilmas deb ataladi, chunki entropiya kamaymasdan ularni qaytarib bo'lmaydi. Statistik mexanikani rivojlantirish yo'lidagi navbatdagi qadamni Klauzius, Maksvell va Lyudvig Boltsman (ko'plab boshqalar qatorida) qo'yishdi - ular entropiya tartibsizlik o'lchovi ekanligini ko'rsatdilar. Odatda, biror narsaga qanchalik ko'p harakat qilsangiz, shunchalik tartibsizlik hosil qilasiz. Va agar siz tartibni tiklash maqsadi bo'lgan jarayonni loyihalashtirsangiz ham, u muqarrar ravishda yo'q qilinadigandan ko'ra ko'proq entropiya hosil qiladi, masalan, issiqlikni chiqarish orqali. Po‘lat to‘sinlarni mukammal tartibda yotqizuvchi kran to‘sinlarning joylashishi bo‘yicha tartib yaratadi, lekin uning ishlashi davomida u shunchalik ko‘p issiqlik hosil qiladiki, umumiy entropiya hamon ortadi.
Ammo shunga qaramay, XNUMX-asr fiziklarining termodinamikaga bo'lgan qarashlari va kvant chalkashliklari bilan bog'liq qarashlar o'rtasidagi farq ko'rinadigan darajada katta emas. Har safar tizim tashqi agent bilan o'zaro ta'sir qilganda, uning kvant holati agentning kvant holati bilan aralashib ketadi. Odatda, bu chalkashlik tizimning kvant holatining noaniqligining oshishiga, boshqacha aytganda, tizim bo'lishi mumkin bo'lgan kvant holatlar sonining ko'payishiga olib keladi. Boshqa tizimlar bilan o'zaro ta'sir qilish natijasida tizimda mavjud bo'lgan kvant holatlar soni bo'yicha aniqlangan entropiya odatda ortadi.
Umuman olganda, kvant mexanikasi jismoniy tizimlarni tavsiflashning yangi usulini taqdim etadi, bunda ba'zi parametrlar (masalan, kosmosdagi joylashuvi) noaniq bo'lib qoladi, lekin boshqalar (masalan, energiya) ko'pincha aniq ma'lum bo'ladi. Kvant chigalligi holatida tizimning ikkita tubdan alohida qismi ma'lum umumiy kvant holatiga ega va har bir qism alohida noaniq holatga ega. Chiqib ketishning standart misoli - bir juft aylanishlar bitta holatda bo'lib, ularda qaysi spin yuqoriga va qaysi pastga ekanligini aniqlash mumkin emas. Katta tizimdagi kvant holatining noaniqligi termodinamik yondashuvni talab qiladi, bunda harorat va entropiya kabi makroskopik parametrlar katta aniqlik bilan ma'lum bo'ladi, garchi tizimda mikroskopik kvant holatlari ko'p bo'lishi mumkin.
Kvant mexanikasi, chalkashlik va termodinamika sohalariga qisqa ekskursiyamizni tugatgandan so'ng, keling, bularning barchasi qora tuynuklarning haroratga ega ekanligini tushunishga qanday olib kelishini tushunishga harakat qilaylik. Bunga birinchi qadamni Bill Unruh qo'ydi - u tekis fazoda tezlanayotgan kuzatuvchining tezlanishi 2p ga bo'lingan haroratga teng bo'lishini ko'rsatdi. Unruh hisob-kitoblarining kaliti shundaki, ma'lum bir yo'nalishda doimiy tezlanish bilan harakatlanayotgan kuzatuvchi tekis fazo vaqtning yarminigina ko'ra oladi. Ikkinchi yarmi asosan qora tuynuknikiga o'xshash ufqning orqasida. Avvaliga imkonsiz ko'rinadi: tekis fazoviy vaqt qanday qilib qora tuynuk gorizonti kabi harakat qilishi mumkin? Buning qanday bo'lishini tushunish uchun keling, sodiq kuzatuvchilarimiz Elis, Bob va Billni yordamga chaqiraylik. Bizning iltimosimiz bo'yicha ular saf tortadilar, Elis Bob va Bill o'rtasida va har bir juftlikdagi kuzatuvchilar orasidagi masofa roppa-rosa 6 kilometrni tashkil qiladi. Biz nol vaqtda Elis raketaga sakrab Bill tomon (shuning uchun Bobdan uzoqda) doimiy tezlanish bilan uchib ketishiga kelishib oldik. Uning raketasi juda yaxshi bo'lib, jismlar Yer yuzasiga yaqin joyda harakatlanadigan tortishish tezlashuvidan 1,5 trillion marta ko'proq tezlanishni rivojlantirishga qodir. Albatta, Elis uchun bunday tezlanishga dosh berish oson emas, lekin biz hozir ko'rib turganimizdek, bu raqamlar bir maqsad uchun tanlangan; kun oxirida, biz faqat potentsial imkoniyatlarni muhokama qilyapmiz, hammasi shu. Aynan Elis raketasiga sakrab tushganda, Bob va Bill unga qo'l siltadi. (Biz "aynan shu paytda ..." iborasini ishlatishga haqlimiz, chunki Elis hali parvozini boshlamagan bo'lsa-da, u Bob va Bill bilan bir xil ma'lumot doirasida, shuning uchun ularning barchasi soatlarini sinxronlashtirishi mumkin. .) Qo'l silkitgan Elis, albatta, Billni ko'radi: ammo, raketada bo'lganida, u o'zi turgan joyida qolsa, buni sodir bo'lishidan oldinroq ko'radi, chunki u bilan birga raketasi aynan unga qarab uchib ketmoqda. Aksincha, u Bobdan uzoqlashadi, shuning uchun u o'sha joyda qolganida ko'rganidan biroz keyinroq uning unga qo'l silkitganini ko'radi deb taxmin qilishimiz mumkin. Ammo haqiqat yanada hayratlanarli: u Bobni umuman ko'rmaydi! Boshqacha qilib aytganda, Bobning qo‘l siltab turgan qo‘lidan Alisa tomon uchayotgan fotonlar, hatto yorug‘lik tezligiga ham erisha olmasligini hisobga olsak ham, unga yetib bormaydi. Agar Bob Elisga bir oz yaqinroq bo'lib qo'l silkita boshlaganida edi, u ketish paytida undan uchib ketgan fotonlar uni bosib o'tgan bo'lardi va agar u bir oz uzoqroqda bo'lganida, ular uni quvib o'tmagan bo'lardi. Aynan shu ma'noda biz Alisa fazoviy vaqtning yarmini ko'radi, deymiz. Elis harakatlana boshlagan paytda, Bob Elis kuzatgan ufqdan bir oz uzoqroqda.
Kvant chigalligi haqidagi munozarada biz kvant mexanik tizim umuman ma'lum bir kvant holatiga ega bo'lsa ham, uning ba'zi qismlarida bunday holat bo'lmasligi mumkin degan fikrga o'rganib qolganmiz. Aslida, biz murakkab kvant tizimini muhokama qilsak, uning ba'zi bir qismini termodinamika nuqtai nazaridan eng yaxshi tarzda tavsiflash mumkin: butun tizimning kvant holati juda noaniq bo'lishiga qaramay, unga aniq belgilangan haroratni belgilash mumkin. Elis, Bob va Bill bilan bog'liq so'nggi hikoyamiz biroz bu holatga o'xshaydi, ammo biz bu erda gaplashayotgan kvant tizimi bo'sh fazo vaqtidir va Elis uning faqat yarmini ko'radi. Keling, shuni ta'kidlaylikki, fazo-vaqt umuman o'zining asosiy holatida, ya'ni unda zarralar yo'q (albatta, Elis, Bob, Bill va raketani hisobga olmaganda). Ammo Elis ko'radigan fazo-vaqt qismi zamin holatida emas, balki uning ko'rmagan qismi bilan o'ralgan holatda bo'ladi. Elis tomonidan qabul qilingan fazo-vaqt cheklangan harorat bilan tavsiflangan murakkab, noaniq kvant holatidadir. Unruhning hisob-kitoblari shuni ko'rsatadiki, bu harorat taxminan 60 nanokelvinni tashkil qiladi. Muxtasar qilib aytganda, Elis tezlashganda, u tezlanishga bo'lingan haroratga (tegishli birliklarda) teng bo'lgan iliq nurlanish vannasiga botganga o'xshaydi.
Guruch. 7.1. Elis dam olishdan tezlanish bilan harakat qiladi, Bob va Bill esa harakatsiz qoladilar. Elisning tezlashishi shundayki, u Bob t = 0 da yuborgan fotonlarni hech qachon ko'rmaydi. Biroq, u Bill yuborgan fotonlarni t = 0 da oladi. Natijada, Elis fazoviy vaqtning faqat yarmini kuzatishga qodir.
Unruhning hisob-kitoblarining g'alati tomoni shundaki, ular boshidan oxirigacha bo'sh joyga ishora qilsa-da, ular qirol Lirning mashhur "yo'qdan hech narsa kelmaydi" degan so'zlariga ziddir. Qanday qilib bo'sh joy juda murakkab bo'lishi mumkin? Zarrachalar qayerdan kelib chiqishi mumkin? Gap shundaki, kvant nazariyasiga ko'ra, bo'sh joy umuman bo'sh emas. Unda u erda va u erda qisqa muddatli qo'zg'alishlar doimiy ravishda paydo bo'ladi va yo'qoladi, ular virtual zarralar deb ataladi, ularning energiyasi ham ijobiy, ham salbiy bo'lishi mumkin. Uzoq kelajakdagi kuzatuvchi - keling, uni Kerol deb ataylik - deyarli barcha bo'sh joyni ko'ra oladigan kuzatuvchi unda uzoq muddatli zarrachalar yo'qligini tasdiqlashi mumkin. Bundan tashqari, Elis kuzata oladigan fazo-vaqt qismida, kvant chalkashliklari tufayli ijobiy energiyaga ega zarrachalarning mavjudligi, Elis uchun kuzatilmaydigan fazo-vaqt qismida energiyaning teng va qarama-qarshi belgisi qo'zg'alishlari bilan bog'liq. Kerolga umuman bo'sh fazoviy vaqt haqidagi butun haqiqat ochiladi va bu haqiqat shundaki, u erda zarrachalar yo'q. Biroq, Elisning tajribasi unga zarralar borligini aytadi!
Ammo keyin ma'lum bo'ladiki, Unruh hisoblagan harorat shunchaki uydirma bo'lib tuyuladi - bu shunchaki tekis fazoning xususiyati emas, balki tekis fazoda doimiy tezlanishni boshdan kechirayotgan kuzatuvchining xususiyati. Biroq, tortishishning o'zi bir xil "xayoliy" kuchdir, chunki u keltirib chiqaradigan "tezlanish" egri metrikada geodeziya bo'ylab harakatlanishdan boshqa narsa emas. 2-bobda tushuntirganimizdek, Eynshteynning ekvivalentlik printsipi tezlanish va tortishish mohiyatan ekvivalent ekanligini bildiradi. Shu nuqtai nazardan qaraganda, qora tuynuk gorizontida Unruhning tezlashuvchi kuzatuvchining harorati hisobiga teng haroratga ega bo'lishida ayniqsa hayratlanarli narsa yo'q. Biroq, haroratni aniqlash uchun tezlashtirishning qaysi qiymatidan foydalanishimiz kerakligini so'rashimiz mumkinmi? Qora tuynukdan yetarlicha uzoqlashib, biz uning tortishish kuchini xohlagancha zaiflashtira olamiz. Bu biz o'lchagan qora tuynukning samarali haroratini aniqlash uchun tezlashuvning mos ravishda kichik qiymatidan foydalanishimiz kerakligini anglatadimi? Bu savol juda hiyla-nayrang bo'lib chiqadi, chunki biz ishonganimizdek, ob'ektning harorati o'zboshimchalik bilan kamayishi mumkin emas. U hatto juda uzoqdagi kuzatuvchi tomonidan ham o'lchanadigan qat'iy belgilangan chekli qiymatga ega deb taxmin qilinadi.
Manba: www.habr.com