Physical Review Letters dergisinde yayınlanan yeni bir çalışma, kara deliklerin termodinamiği ve geometrisindeki kuantum etkilerine yeni bir ışık tutuyor. Araştırma ekibi, kara delik dinamiklerinin anlaşılmasını geliştirmek için iki klasik eşitsizliği kuantum rejimine genişletmeye odaklandı.
Einstein’ın genel görelilik teorisine dayanan klasik çalışma yaklaşımı, Hawking radyasyonu gibi kuantum etkilerini hesaba katmıyor. Ortak yazar Dr Frassino, “Bu proje, kavisli uzay-zamandaki kuantum etkilerine yönelik araştırmalara rehberlik edecek evrensel sınırlar oluşturmamıza yardımcı oldu” dedi.
Dr Hennigar şunları ekledi: “Uzun zamandır kuantum etkilerinin kara delikler üzerindeki etkisini araştırıyorum ve son zamanlarda kütleçekimsel tekillikler ve kuantum etkilerinin bunlarda nasıl bir rol oynayabileceği ile ilgilenmeye başladım.” Dr Pedraza şunları söyledi: “Son 15 yıldaki araştırmam kara deliklere odaklandı ve holografideki son gelişmeler, kara delik fiziğindeki kuantum etkilerini daha kontrollü ve ayrıntılı bir şekilde incelememize olanak sağladı.”
Tipik bir kara deliğin içinde tekillik olarak bilinen sonsuz yoğunlukta bir bölge vardır. Kozmik sansür ilkesine göre, tekillikler bir kara deliğin olay ufkunun arkasında gizlidir. Ancak bazı durumlarda klasik fizik kozmik sansürü sağlayamıyor ve bilim insanları kuantum etkilerinin tekillikleri kapsayarak olay ufku yaratacağını öne sürüyor.
Klasik Penrose eşitsizliği, bir kara deliğin kütlesi ile olay ufkunun yüzey alanı arasındaki ilişkiyi kurar. Penrose’un kuantum eşitsizliği fikri, uzay-zamanın enerjisini potansiyel olarak bir kara deliğin ve kuantum maddesinin toplam entropisiyle ilişkilendirerek bu kavramı genişletiyor. Ters izoperimetrik eşitsizlik olarak bilinen ilgili bir eşitsizlik, bir kara deliğin olay ufkunun içerdiği hacim ile yüzey alanı arasında bir ilişki kurar.
Araştırmacılar bu yapıyı, çift holografi olarak da bilinen braneworld holografisini kullanarak kuantum kara deliklerini incelemek için kullandılar. AdS alanıyla ilişkili üç boyutlu uzay-zamandaki nesneler olan BTZ (Banados-Teitelboim-Zanelli) kara deliklerine odaklandılar. [тип пространства-времени, которое часто используется в теоретической физике, особенно в контексте теории струн и теории гравитации. Также используется в моделировании поведения частиц в сильных гравитационных полях. Одним из наиболее интересных аспектов пространства AdS является его связь с конформной теории поля (CFT)]. Holografik yaklaşım, kuantum maddenin uzay-zamanın eğriliği üzerindeki geri bildirim etkileri olan kuantum geri bildiriminin açıklanmasına yardımcı oldu.
Araştırmacılar kuantum etkilerini açıklamak için klasik Penrose eşitsizliklerini ve ters izoperimetrik eşitsizlikleri başarıyla genişletti. Önerilen versiyonları, herhangi bir kuantum geri besleme düzenine sahip olsa bile, üç boyutlu AdS uzayındaki bilinen tüm kara delikler için geçerlidir.
Çalışmamız yalnızca bir kara deliğin entropisi için değil, aynı zamanda genelleştirilmiş entropi için de geçerli olan iki sınır sağlıyor; kara deliğin entropisi ile onun dışındaki madde alanlarının entropisinin birleşimi. Araştırmalar, kara deliklerin ve maddenin entropisinin uzay-zamanın toplam enerjisini aşması durumunda çıplak bir tekilliğin oluşacağını gösteriyor.
Araştırmacılar açıkladı
Ters izoperimetrik eşitsizlik için araştırmacılar, bu eşitsizliği ihlal eden (süperentropi kara delikleri olarak bilinen) kara deliklerin termodinamik olarak kararsız olduğunu bulmuşlardır. Kuantum etkileri devreye girdiğinde bile kara deliklerin kararlılığı hala büyük ölçüde termodinamik hacme bağlıdır.
Çalışmalarının kuantum bilgisi alanındaki etkisi hakkında konuşan araştırmacılar şunları söyledi: “Her iki sonucumuz da (kuantum Penrose eşitsizliği ve kuantum izoperimetrik eşitsizliği) entropi üzerindeki sınırlar olarak anlaşılabilir. Entropi, doğası gereği bilgi-teorik bir miktardır ve bu nedenle, yerçekiminin varlığında kuantum bilgi teorisindeki temel sınırlamaların kanıtlarını sağlıyoruz. Bu fikirlerin kuantum bilgisiyle ilişkili olması muhtemeldir.”
