Брандмауэр (физика)
Брандмауэр черной дыры — это гипотетическое явление, при котором наблюдатель, падающий в черную дыру, высокой энергии сталкивается с квантами на горизонте событий (или вблизи него) . Феномен «брандмауэра» был предложен в 2012 году физиками Ахмедом Альмхейри , Дональдом Марольфом , Джозефом Полчински и Джеймсом Салли. [1] как возможное решение очевидного противоречия в дополнительности черных дыр . Это предложение иногда называют брандмауэром AMPS . [2] аббревиатура . имен авторов статьи 2012 года На потенциальное несоответствие, на которое указывает AMPS, ранее указывал Самир Матур , который использовал аргумент в пользу предложения «пушистого шара» . [3] [4] Использование брандмауэра для устранения этого несоответствия остается спорным, и физики разделились во мнениях относительно решения парадокса. [5]
Мотивирующий парадокс
[ редактировать ]Согласно квантовой теории поля в искривленном пространстве-времени , в излучении Хокинга одном участвуют две взаимно запутанные частицы. Исходящая частица ускользает и испускается как квант излучения Хокинга; падающая частица поглощается черной дырой. Предположим, что черная дыра образовалась в течение конечного времени в прошлом и полностью испарится через какое-то конечное время в будущем. Тогда он будет излучать только ограниченное количество информации, закодированной в его излучении Хокинга. Для старой черной дыры, преодолевшей половину пути испарения, общие аргументы квантовой теории информации Пейджа [6] [7] и Лубкин [8] предполагают, что новое излучение Хокинга должно быть перепутано со старым излучением Хокинга. Однако, поскольку новое излучение Хокинга также должно быть запутано со степенями свободы за горизонтом, это создает парадокс : принцип, называемый « моногамия запутанности », требует, чтобы, как и в любой квантовой системе, выходящая частица не могла быть полностью запутана двумя независимыми системы одновременно; однако здесь вылетающая частица, кажется, запутана как с падающей частицей, так и независимо с прошлым излучением Хокинга. [5]
Первоначально AMPS утверждала, что для разрешения парадокса физики могут в конечном итоге быть вынуждены отказаться от одного из трех проверенных временем принципов: принципа эквивалентности Эйнштейна , унитарности или существующей квантовой теории поля . [9] Однако теперь принято считать, что дополнительным негласным допущением в парадоксе моногамии было положение о локальности . Распространено мнение, что теории квантовой гравитации не подчиняются точной локальности, что приводит к разрешению парадокса. [10] [3] С другой стороны, некоторые физики утверждают, что такие нарушения локальности не могут разрешить парадокс. [11]
Решение парадокса «брандмауэром»
[ редактировать ]Некоторые учёные предполагают, что запутанность между падающей и уходящей частицей должна каким-то образом немедленно разорваться. Разрыв этой запутанности высвободит большое количество энергии, создав тем самым жгучий «брандмауэр черной дыры» на горизонте событий черной дыры. Эта резолюция требует нарушения принципа эквивалентности Эйнштейна, который гласит, что свободное падение неотличимо от плавания в пустом пространстве. Это нарушение было охарактеризовано как «возмутительное»; Физик-теоретик Рафаэль Буссо жаловался, что «брандмауэр просто не может появиться в пустом пространстве, так же как кирпичная стена не может внезапно появиться в пустом поле и ударить вас по лицу». [5]
Разрешение парадокса без брандмауэра
[ редактировать ]Некоторые ученые предполагают, что на самом деле не существует никакой запутанности между испущенной частицей и предыдущим излучением Хокинга. Эта резолюция потребует потери информации о черной дыре , что является спорным нарушением унитарности. [5]
Другие, такие как Стив Гиддингс, предлагают модифицировать квантовую теорию поля так, чтобы запутанность постепенно терялась по мере разделения вылетающих и падающих частиц, что приводило к более постепенному высвобождению энергии внутри черной дыры и, следовательно, к отсутствию брандмауэра. [5]
Предложение Пападодимаса -Раджу [12] [13] [14] [15] предположил, что внутренняя часть черной дыры описывается теми же степенями свободы, что и излучение Хокинга. Это разрешает парадокс моногамии, идентифицируя две системы, с которыми связано позднее излучение Хокинга. Поскольку в этом предложении эти системы одинаковы, то нет противоречия с моногамией перепутывания. Аналогичные идеи предложили Хуан Малдасена и Леонард Зюскинд в ER=EPR. предложении [16] что вылетающие и падающие частицы каким-то образом связаны червоточинами и поэтому не являются независимыми системами. [17] [18]
Картина «пушистого шара» решает дилемму, заменяя вакуум « без волос » струнным квантовым состоянием, тем самым явно связывая любое исходящее излучение Хокинга с историей формирования черной дыры. [19] [20]
Стивен Хокинг получил широкое освещение в средствах массовой информации в январе 2014 года благодаря неофициальному предложению. [21] заменить горизонт событий черной дыры « кажущимся горизонтом », где падающая материя приостанавливается, а затем высвобождается; однако некоторые ученые выразили недоумение по поводу того, что именно предлагается и как это предложение решит парадокс. [22]
Характеристики и обнаружение
[ редактировать ]Брандмауэр будет существовать на горизонте событий черной дыры и будет невидим для наблюдателей за пределами горизонта событий. Вещество, прошедшее через горизонт событий в черную дыру, было бы немедленно «сожжено дотла» сколь угодно горячим «бурлящим водоворотом частиц» у брандмауэра. [5]
При слиянии двух черных дыр характеристики брандмауэра (если таковой имеется) могут оставить след в исходящем гравитационном излучении в виде «эха», когда волны отражаются вблизи нечеткого горизонта событий. Ожидаемое количество таких эхо теоретически неясно, поскольку у физиков в настоящее время нет хорошей физической модели межсетевых экранов. В 2016 году космолог Ниайеш Афшорди и другие утверждали, что в данных первого слияния черных дыр, обнаруженных LIGO, есть предварительные признаки такого эха; [23] В более поздних работах утверждается, что нет статистически значимых доказательств наличия таких отголосков в данных. [24]
См. также
[ редактировать ]- Информационный парадокс черной дыры
- Термодинамика черной дыры
- Фотонная сфера
- Гравитационное замедление времени
- Магнитосферный вечно коллапсирующий объект
Ссылки
[ редактировать ]- ^ Альмхейри, Ахмед; Марольф, Дональд; Полчинский, Джозеф; Салли, Джеймс (11 февраля 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 . S2CID 55581818 .
- ^ Чоудхури, Борун Д.; Пум, Андреа (2013). «Декогеренция и судьба падающего волнового пакета: Алиса горит или фаззит?». Физический обзор D . 88 (6): 063509. arXiv : 1208.2026 . Бибкод : 2013PhRvD..88f3509C . дои : 10.1103/PhysRevD.88.063509 . S2CID 3104184 .
- ^ Перейти обратно: а б Раджу, Суврат (январь 2022 г.). «Уроки информационного парадокса». Отчеты по физике . 943 : 1–80. arXiv : 2012.05770 . Бибкод : 2022ФР...943....1Р . дои : 10.1016/j.physrep.2021.10.001 . S2CID 228083488 .
- ^ Полчинский, Джозеф (31 августа 2017 г.). «Воспоминания физика-теоретика». arXiv : 1708.09093 [ physical.hist-ph ].
- ^ Перейти обратно: а б с д и ж Мерали, Зия (2013). «Астрофизика: Огонь в дыре!» . Природа . 496 (7443): 20–23. Бибкод : 2013Natur.496...20M . дои : 10.1038/496020a . ПМИД 23552926 . S2CID 4388169 .
- ^ Пейдж, Дон Н. (1993). «Информация в излучении черной дыры». Физ. Преподобный Летт . 71 (23): 3743–3746. arXiv : hep-th/9306083 . Бибкод : 1993PhRvL..71.3743P . дои : 10.1103/PhysRevLett.71.3743 . ПМИД 10055062 . S2CID 9363821 .
- ^ Пейдж, Дон Н. (1993). «Средняя энтропия подсистемы». Физ. Преподобный Летт . 71 (9): 1291–1294. arXiv : gr-qc/9305007 . Бибкод : 1993PhRvL..71.1291P . дои : 10.1103/PhysRevLett.71.1291 . ПМИД 10055503 . S2CID 17058654 .
- ^ Лубкин, Элиуй (1 мая 1978 г.). «Энтропия н-системы из ее корреляции с ак-резервуаром». Журнал математической физики . 19 (5): 1028–1031. Бибкод : 1978JMP....19.1028L . дои : 10.1063/1.523763 .
- ^ Уэллетт, Дженнифер (21 декабря 2012 г.). «Брандмауэры черных дыр сбивают с толку физиков-теоретиков» . Научный американец . Проверено 29 октября 2013 г. Первоначально опубликовано. Архивировано 3 июня 2014 г. в Wayback Machine в Кванте, 21 декабря 2012 г.
- ^ Альмхейри, Ахмед; Хартман, Томас; Мальдасена, Хуан; Шагульян, Эдгар; Тайдини, Амирхоссейн (21 июля 2021 г.). «Энтропия излучения Хокинга». Обзоры современной физики . 93 (3): 035002. arXiv : 2006.06872 . Бибкод : 2021RvMP...93c5002A . дои : 10.1103/RevModPhys.93.035002 . S2CID 219635921 .
- ^ Го, Бин; Хьюз, Марсель Р.Р.; Матур, Самир Д.; Мехта, Мадхур (15 ноября 2021 г.). «Контраст парадигм фаззбола и червоточины для черных дыр». arXiv : 2111.05295 [ hep-th ].
- ^ Пападодимас, Кириакос; Раджу, Суврат (октябрь 2013 г.). «Падающий наблюдатель в AdS/CFT». Журнал физики высоких энергий . 2013 (10): 212. arXiv : 1211.6767 . Бибкод : 2013JHEP...10..212P . дои : 10.1007/JHEP10(2013)212 . S2CID 53650802 .
- ^ Пападодимас, Кириакос; Раджу, Суврат (29 апреля 2014 г.). «Карты объемных границ, зависящие от состояния, и дополнительность черных дыр». Физический обзор D . 89 (8): 086010. arXiv : 1310.6335 . Бибкод : 2014PhRvD..89h6010P . дои : 10.1103/PhysRevD.89.086010 . S2CID 119118804 .
- ^ Кэрролл, Шон (5 июня 2013 г.). «Брандмауэры, ярко горящие» . Нелепая Вселенная .
- ^ Карч, Андреас (21 октября 2013 г.). «Что находится внутри горизонта черной дыры?» . Физика . 6 . Американское физическое общество: 115. Бибкод : 2013PhyOJ...6..115K . дои : 10.1103/Физика.6.115 . Проверено 10 января 2022 г.
- ^ Малдасена, Дж.; Сасскинд, Л. (2 сентября 2013 г.). «Холодные горизонты запутанных черных дыр». Достижения физики . 61 (9): 781–811. arXiv : 1306.0533 . Бибкод : 2013ФорФ..61..781М . дои : 10.1002/prop.201300020 . S2CID 119115470 .
- ^ До свидания, Деннис (12 августа 2013 г.). «Тайна черной дыры, окутанная парадоксом брандмауэра» . Нью-Йорк Таймс . Проверено 29 октября 2013 г.
- ^ «Парадокс брандмауэра» . Нью-Йорк Таймс . 12 августа 2013 года . Проверено 29 октября 2013 г.
- ^ Матур, Самир Д. (2009). «Информационный парадокс: педагогическое введение». Классическая и квантовая гравитация . 26 (22): 224001. arXiv : 0909.1038 . Бибкод : 2009CQGra..26v4001M . дои : 10.1088/0264-9381/26/22/224001 . S2CID 18878424 .
- ^ Эйвери, Стивен Г.; Чоудхури, Борун Д.; Пум, Андреа (2013). «Унитарность и нечеткая взаимодополняемость: «Алиса фаззит, но может даже не подозревать об этом!» ». Журнал физики высоких энергий . 2013 (9): 12. arXiv : 1210,6996 . Бибкод : 2013JHEP...09..012A . дои : 10.1007/JHEP09(2013)012 . S2CID 118522176 .
- ^ Хокинг, Стивен (22 января 2014 г.). «Сохранение информации и прогноз погоды для черных дыр». arXiv : 1401.5761 [ шестнадцатый ].
- ^ «Почему некоторые физики не верят в новую теорию черной дыры Хокинга» . Христианский научный монитор . 29 января 2014 года . Проверено 15 марта 2014 г.
- ^ Мерао, Зия (2016). «Черная дыра LIGO намекает на нарушение общей теории относительности» . Природа . 540 . дои : 10.1038/nature.2016.21135 . S2CID 125931362 .
{{cite journal}}: CS1 maint: несколько имен: список авторов ( ссылка ) - ^ Вестервек, Джулиан; Нильсен, Алекс Б.; Фишер-Бирнхольц, Офек; Каберо, Мириам; Капано, Коллин; Дент, Томас; Кришнан, Бадри; Мидорс, Грант; Нитц, Александр Х. (15 июня 2018 г.). «Низкая значимость доказательств существования эхо черных дыр в данных о гравитационных волнах» . Физический обзор D . 97 (12): 124037. arXiv : 1712.09966 . Бибкод : 2018PhRvD..97l4037W . дои : 10.1103/PhysRevD.97.124037 .
