Дополнительность черных дыр
 | Эта статья нуждается в дополнительных цитатах для проверки . ( октябрь 2017 г. ) |
Комплементарность черных дыр — это предполагаемое решение информационного парадокса черной дыры , предложенное Леонардом Сасскиндом , Ларусом Торлациусом, [1] и Жерар 'т Хоофт . [2] [3]
Обзор
[ редактировать ]С тех пор, как Стивен Хокинг предположил, что информация теряется в испаряющейся черной дыре , как только она проходит через горизонт событий , и неизбежно разрушается в сингулярности , и что это может превратить чистые квантовые состояния в смешанные состояния , некоторые физики задавались вопросом, существует ли полная теория квантовых состояний. гравитация могла бы сохранять информацию с унитарной эволюцией во времени . Но как это возможно, если информация не может покинуть горизонт событий, не путешествуя быстрее света? Похоже, это исключает излучение Хокинга как носителя недостающей информации. Также создается впечатление, что информация не может быть «отражена» на горизонте событий, поскольку локально в горизонте нет ничего особенного.
Леонард Сасскинд [4] предложил радикальное решение этой проблемы, заявив, что информация одновременно отражается на горизонте событий , проходит через горизонт событий и не может ускользнуть, причем загвоздка в том, что ни один наблюдатель не может подтвердить обе истории одновременно. По мнению внешнего наблюдателя, само по себе бесконечное замедление времени на горизонте создает впечатление, будто для достижения горизонта требуется бесконечное количество времени. Он также постулировал вытянутый горизонт , который представляет собой мембрану, парящую на планковской длине за пределами горизонта событий, которая является одновременно физической и горячей. По мнению внешнего наблюдателя, падающая информация нагревает растянутый горизонт, который затем переизлучает его в виде излучения Хокинга, при этом вся эволюция унитарна. Однако, по мнению падающего наблюдателя, на самом горизонте событий ничего особенного не происходит, и и наблюдатель, и информация попадут в сингулярность. Это не означает, что существуют две копии информации — одна на горизонте или сразу за ним, а другая внутри черной дыры — поскольку это нарушило бы принцип теорема о запрете клонирования . Вместо этого наблюдатель может обнаружить информацию только на самом горизонте или внутри него, но никогда и то, и другое одновременно. Дополнительность — это особенность квантовой механики некоммутирующих наблюдаемых, и Сасскинд предположил, что обе истории дополняют друг друга в квантовом смысле, что не существует противоречия, что также означает отсутствие нарушения линейности в квантовой механике.
Падающий наблюдатель увидит точку входа информации как локализованную на горизонте событий, тогда как внешний наблюдатель заметит, что информация равномерно распределяется по всему растянутому горизонту перед повторным излучением, и воспринимает горизонт событий как динамическая мембрана.Для падающего наблюдателя информация и энтропия проходят за горизонт, при этом ничего интересного не происходит. Для внешнего наблюдателя информация и энтропия поглощаются растянутым горизонтом, который действует как диссипативная жидкость с энтропией, вязкостью и электропроводностью. См. более подробную информацию о мембранной парадигме . Растянутый горизонт проводит поверхностные заряды, которые быстро логарифмически распространяются по горизонту.
Было высказано предположение, что дополнительность черных дыр в сочетании с моногамией запутанности подразумевает существование « брандмауэра » AMPS. [5] где на горизонте присутствуют высокоэнергетические коротковолновые фотоны, хотя эта гипотеза все еще разрабатывается.
Количественная формулировка
[ редактировать ]Чтобы понять происхождение энтропии Бекенштейна-Хокинга, см. [6] предлагает количественную формулировку дополнительности черных дыр, которая утверждает, что описание микроскопического состояния черных дыр как внешним наблюдателем с фиксированным положением, так и внутренним сопутствующим наблюдателем одинаково правильно и полно. Однако гибридизация этих двух типов приведет к ошибкам. В физических черных дырах, то есть тех, которые образуются в результате гравитационного коллапса, наблюдатели за пределами фиксированного положения будут видеть, как ядра материи постоянно сжимаются, но никогда не сжимаются меньше размера горизонта и вызывают сингулярность в центральной точке, поскольку используемая ими область времени не охватывает диапазон возникновения таких событий. Между тем, внутри движущихся вместе наблюдателей будут наблюдаться периодически колеблющиеся ядра материи, поскольку принцип эквивалентности подразумевает, что коллапс материи через горизонт и пересечение мгновенно сингулярной центральной точки одинаково легок и тривиален.
Статистическое или ансамблевое описание для внешних наблюдателей с фиксированным положением становится необходимым, если они отказываются от информации о начальном состоянии коллапсирующих звезд, полагая, что коллапс приведет к окончательной геометрии с полностью реализованным горизонтом. Эргодичность колебаний внутренних сопутствующих наблюдателей вокруг центра системы становится неизбежной из-за сложности взаимодействий между различными частями коллапсирующей звезды. Ансамбль начальных состояний внешних наблюдателей с фиксированным положением и эргодические колебания внутренних сопутствующих наблюдателей образуют количественную взаимодополняемость для микроскопического состояния физических черных дыр. Ссылки [6] и [7] продемонстрировать, что квантование любого из этих двух описаний дает правильные формулы закона площади для энтропии Бекенштейна-Хокинга.
Согласно этой дополнительности, микроскопическое состояние черных дыр с априорной сингулярностью, например тех, что описываются метрикой Шварцшильда, будет уникальным, и они не будут испытывать излучение Хокинга, поскольку для того, чтобы любые частицы, возникшие в результате образования вакуумных пар, упали на поверхность, потребуется бесконечно долгое время. горизонт и поразить партнеров по уничтожению внутри него. [6] Однако для черных дыр с внутренней структурой, наделенной этой дополнительностью, материя распределяется в области, немного превышающей размер горизонта, а не накапливается в центральной точке. Таким образом, частицы, падающие к горизонту, найдут партнеров по аннигиляции, когда они подойдут к горизонту достаточно близко. Требование, чтобы входящие партнеры всех действительно обнаруженных исходящих частиц Хокинга аннигилировали вместе с частицами внутри области материи в течение времени, допускаемого принципом неопределенности, приведет к сопряжению частиц Хокинга с изменением микроскопического состояния черных дыр. Это означает, что хоккейное излучение происходит посредством механизмов гравитационно-индуцированного спонтанного излучения. [8] или другие подобные.
Ссылки
[ редактировать ]- ^ Зюскинд; Торлаций; Углум (1993). «Растянутый горизонт и дополнительность черных дыр». Физический обзор D . 48 (8): 3743–3761. arXiv : hep-th/9306069 . Бибкод : 1993PhRvD..48.3743S . дои : 10.1103/PhysRevD.48.3743 . ПМИД 10016649 . S2CID 16146148 .
- ^ 'т Хоофт, Г. (1985). «О квантовой структуре черной дыры». Ядерная физика Б . 256 : 727–745. Бибкод : 1985НуФБ.256..727Т . дои : 10.1016/0550-3213(85)90418-3 .
- ^ 'т Хоофт, Г. (1990). «Интерпретация теории струн черной дырой». Ядерная физика Б . 335 (1): 138–154. Бибкод : 1990НуФБ.335..138Т . дои : 10.1016/0550-3213(90)90174-C .
- ^ Сасскинд, Леонард ; Линдсей, Джеймс (31 декабря 2004 г.). Введение в черные дыры, информацию и революцию в теории струн: Голографическая вселенная . Мировое научное издательство. ISBN 978-981-256-083-4 .
- ^ Альмхейри, Ахмед; Марольф, Дональд; Полчинский, Джозеф; Салли, Джеймс (февраль 2013 г.). «Черные дыры: дополнительность или файерволы?». Журнал физики высоких энергий . 2013 (2): 62. arXiv : 1207.3123 . Бибкод : 2013JHEP...02..062A . дои : 10.1007/jhep02(2013)062 . ISSN 1029-8479 . S2CID 256008049 .
- ^ Jump up to: а б с Цзэн, Цзэн (апрель 2024 г.). «Микроскопическое состояние ЧД и точный метод одного тела для динамики бинарных систем в общей теории относительности». Европейский физический журнал C . 84 (4): 370. arXiv : 2311.11764 . Бибкод : 2024EPJC...84..370Z . doi : 10.1140/epjc/s10052-024-12683-z . ISSN 1434-6044 . S2CID 46224717 .
- ^ Дин-фан, Цзэн (2022). «Спонтанное излучение черных дыр» . Ядерная физика Б . 977 : 115722. arXiv : 2112.12531 . Бибкод : 2022NuPhB.97715722Z . doi : 10.1016/j.nuclphysb.2022.115722 . S2CID 245425064 .
- ^ Дин-фан, Цзэн (2022). «Спонтанное излучение, вызванное гравитацией» . Ядерная физика Б . 990 : 116171. arXiv : 2207.05158 . doi : 10.1016/j.nuclphysb.2023.116171 . S2CID 257840729 .
 | Эта относительности статья, посвященная теории , незавершена . Вы можете помочь Википедии, расширив ее . |