หลุมดำ อาจไม่ใช่สิ่งที่เราคิด

หลุมดำ อาจไม่ใช่สิ่งที่เราคิด

บทความเรื่อง “ความเป็นสากลของเทอร์โมไดนามิกส์ของหลุมดำที่แผ่รังสีด้วย กลศาสตร์ ควอนตัมที่แยกออกจากความร้อน” ที่ตีพิมพ์ใน Physics Letters B เน้นย้ำถึงความสำคัญของการพิจารณาหลุมดำในฐานะระบบไดนามิกส์ ซึ่งการเปลี่ยนแปลงทางเรขาคณิตของ หลุมดำระหว่างการแผ่รังสีมีความสำคัญอย่างยิ่งต่อการอธิบายพฤติกรรมทางเทอร์โมไดนามิกส์ของหลุมดำได้อย่างแม่นยำ

การเชื่อมโยงหลุมดำกับวัตถุที่มีขนาดกะทัดรัดอย่างยิ่ง

การศึกษาครั้งนี้ยังแนะนำว่าวัตถุที่มีขนาดกะทัดรัดอย่างยิ่ง (ECO) มีคุณสมบัติทางเทอร์โมไดนามิกส์เหล่านี้เหมือนกับหลุมดำโดยไม่คำนึงถึงสถานะของขอบฟ้าเหตุการณ์ความสำคัญของการศึกษาวิจัยนี้อยู่ที่การมีส่วนสนับสนุนความพยายามอย่างต่อเนื่องในการแก้ปัญหาความขัดแย้งของข้อมูลหลุมดำซึ่งจะช่วยให้เข้าใจเทอร์โมไดนามิกส์ของหลุมดำในบริบทของแรงโน้มถ่วงควอนตัมได้อย่างละเอียดมากขึ้น ข้อมูลเชิงลึกจากฟิสิกส์ควอนตัมและสัมพันธภาพ

งานวิจัยที่ดำเนินการโดย ดร. คริสเตียน คอร์ดา ศาสตราจารย์พิเศษ SUNY Poly ในภาควิชาคณิตศาสตร์และฟิสิกส์ และ ดร. คาร์โล คาฟาโร (ศาสตราจารย์พิเศษ SUNY Poly ในภาควิชาคณิตศาสตร์และฟิสิกส์ และศาสตราจารย์ผู้ช่วยในภาควิชาวิทยาศาสตร์และวิศวกรรมระดับนาโนที่มหาวิทยาลัยออลบานี) โดยใช้ประโยชน์จากองค์ประกอบของฟิสิกส์ควอนตัม กลศาสตร์สถิติและสัมพันธภาพทั่วไป

ปัญหาที่สำคัญที่สุดอย่างหนึ่งในฟิสิกส์เชิงทฤษฎีร่วมสมัยคือการทำความเข้าใจว่าหลุมดำคืออะไร

เชื่อกันว่าสัมพันธภาพทั่วไปแบบคลาสสิกบ่งบอกว่าหลุมดำเป็นวัตถุที่มีขอบฟ้า นั่นคือพื้นผิวขีดจำกัดที่ไม่มีเหตุการณ์ใดสามารถมีอิทธิพลต่อผู้สังเกตภายนอกได้และมีเอกฐานในแกนกลาง นั่นคือ จุดที่การมีอยู่ของอนันต์บ่งบอกว่ากฎของฟิสิกส์ล้มเหลวในทางกลับกันแนวทางล่าสุดทั้งแบบคลาสสิกและแบบควอนตัมได้แสดงให้เห็นว่าสิ่งที่เราเรียกว่า BH อาจเป็นวัตถุที่ไม่มีทั้งขอบฟ้าและเอกฐานวัตถุประเภทนี้ยังเรียกว่าวัตถุที่กะทัดรัดอย่างยิ่ง (ECO) เพื่อแยกความแตกต่างจากแนวคิด “ดั้งเดิม” ของ BH

หากแนวทางนี้แก้ไขปัญหาสำคัญบางประการได้ เช่น การลบเอกฐานและการฟื้นคืนกฎฟิสิกส์ที่ตามมา ในทางกลับกันแนวทางนี้จะสร้างปัญหาอื่นขึ้นมาอีก: เราจะทำอย่างไรกับเทอร์โมไดนามิกส์ของ BH ทั้งหมดที่พัฒนาขึ้นในช่วง 50 ปีที่ผ่านมาและอีกหลายปีกว่านั้นโดยเริ่มต้นจากผลงานบุกเบิกและมีชื่อเสียงของ Bekenstein และ Hawking ผู้ล่วงลับ และอิงจากเอกสารวิจัยจำนวนมาก?

ความเป็นสากลของเทอร์โมไดนามิกส์ของหลุมดำ ในปี 2023 Samir Mathur และ Madhur Mehta ได้ให้คำตอบที่สำคัญสำหรับคำถามนี้โดยได้รับรางวัลที่สามในการแข่งขันเรียงความของ Gravity Research Foundation สำหรับการพิสูจน์ความเป็นสากลของเทอร์โมไดนามิกส์ของ BH โดยเฉพาะอย่างยิ่ง พวกเขาได้แสดงให้เห็นว่า ECO ใดๆ ก็ตามจะต้องมีคุณสมบัติทางอุณหพลศาสตร์ของ BH เหมือนกันไม่ว่า ECO
จะมีขอบฟ้าเหตุการณ์หรือไม่

ผลลัพธ์นั้นน่าทึ่งมาก แต่ได้มาจากการประมาณค่าที่ระบุว่าสเปกตรัมการแผ่รังสีของ BH มีลักษณะทางความร้อนที่แน่นอน ในความเป็นจริง
ข้อโต้แย้งที่หนักแน่นซึ่งอิงตามการอนุรักษ์พลังงานและปฏิกิริยาย้อนกลับของ BH บ่งบอกว่าสเปกตรัมของการแผ่รังสีฮอว์คิงไม่สามารถเป็นความร้อนได้อย่างแน่นอน

ในงานของพวกเขา ดร. Corda และ Cafaro ได้ขยายผลลัพธ์ของ Mathur และ Mehta ไปยังกรณีที่สเปกตรัมการแผ่รังสีไม่ใช่ความร้อนอย่างแน่นอนโดยใช้แนวคิดของสถานะไดนามิกของ BH สถานะไดนามิกของหลุมดำและอุณหภูมิที่มีประสิทธิภาพ สถานะไดนามิกของ BH ได้มาจากการแนะนำอุณหภูมิที่มีประสิทธิภาพ ซึ่งคล้ายคลึงกับสาขาวิทยาศาสตร์อื่นๆ

อีกหลายสาขาที่การเบี่ยงเบนจากสเปกตรัมความร้อนของวัตถุที่แผ่รังสีมักจะพิจารณาผ่านการแนะนำอุณหภูมิที่มีประสิทธิภาพซึ่งแสดงถึงอุณหภูมิของวัตถุดำที่แผ่รังสีในปริมาณที่แน่นอนเท่ากับแหล่งกำเนิดที่ไม่ใช่ความร้อนในกรณีของ BH การนำอุณหภูมิที่มีผลมาใช้จะทำให้สามารถนำปริมาณที่มีผลอื่นๆ

มาใช้ได้ ซึ่งจะช่วยกำหนด “สถานะไดนามิก” ของ BH กล่าวคือ สถานะ BH “ในช่วง” การเปลี่ยนผ่านเชิงควอนตัมที่พลังงานถูกปลดปล่อยหรือดูดซับ ดังนั้น เอกสารฉบับนี้จึงสรุปและสรุปงานของ Mathur และ Mehta ให้สมบูรณ์

.

ที่มา  :  https://scitechdaily.com/quantum-thermodynamics-black-holes-might-not-be-what-we-thought/