في النظرية الكلاسيكية للنسبية العامة ، الثقوب السوداء هي أشياء بسيطة نسبيًا. يمكن وصفها بثلاث خصائص فقط: الكتلة والشحنة والدوران. لكننا نعلم أن النسبية العامة هي نظرية غير مكتملة. تظهر ميكانيكا الكم بشكل أكثر وضوحًا في سلوك الأجسام الصغيرة ، لكنها تلعب أيضًا دورًا في الأجسام الكبيرة مثل الثقوب السوداء. لوصف الثقوب السوداء على مستوى الكم ، نحتاج إلى نظرية الجاذبية الكمومية. ليس لدينا نظرية كاملة حتى الآن ، ولكن ما نعرفه حتى الآن هو أن ميكانيكا الكم تجعل الثقوب السوداء أكثر تعقيدًا ، مما يمنحها خصائص مثل درجة الحرارة وربما الضغط.
ربما تكون درجة الحرارة هي الخاصية الكمومية الأكثر شهرة للثقب الأسود. بسبب ضبابية الجسيمات الكمومية ، لا يمكن ربط الطاقة تمامًا بأفق حدث الثقب الأسود. في بعض الأحيان يمكن للطاقة أن تفلت من سجن الجاذبية من خلال عملية تعرف باسم إشعاع هوكينغ. كمية الطاقة التي تتسرب ضئيلة ، لكن هذا يعني أن الثقوب السوداء لها درجة حرارة (شديدة البرودة). وهذا يعني أنه يمكن وصف الثقوب السوداء من حيث قوانين الديناميكا الحرارية. بالنسبة للمادة العادية ، لا تصف الديناميكا الحرارية درجة حرارة الجسم فحسب ، بل تصف أيضًا خصائص مثل الضغط. هذا هو المكان الذي تأتي فيه هذه الدراسة الجديدة.
ترتبط إنتروبيا الثقب الأسود بمنطقة أفق الحدث. الائتمان: جاكوب د
كان الفريق يبحث في خاصية الديناميكا الحرارية المعروفة باسم غير قادر علي. الانتروبيا هو مفهوم دقيق ، وغالبًا ما يوصف بأنه مقياس لاضطراب النظام أو مقدار المعلومات اللازمة لوصف النظام. يتعلق بدرجة حرارة الجسم من خلال القانون الثاني للديناميكا الحرارية. في الثقوب السوداء ، ترتبط الإنتروبيا بمساحة سطح أفق الحدث. يدرس الفيزيائيون إنتروبيا الثقب الأسود لأنها يمكن أن تساعدنا في الإجابة عن الأسئلة الأساسية في الجاذبية الكمية ، مثل ما إذا كان الثقب الأسود يمكنه تدمير المعلومات.
لذلك كان الفريق يطبق معادلات الإنتروبيا على ثقب أسود بسيط ، في محاولة لمعرفة ما يحدث عندما تقوم بتوسيع معادلات أينشتاين إلى نظرية الكم ، وهي خدعة شائعة تُعرف بالنهج شبه الكلاسيكي. عندما فعلوا ذلك ، استمروا في الحصول على مصطلحات إضافية غريبة في معادلاتهم لم يتوقعوها. لم تكن هذه المصطلحات منطقية حتى نظر إليها الفريق من منظور الضغط. اتضح أن المصطلحات الإضافية تعمل كضغط لثقب أسود بنفس الطريقة التي تولد بها ذرات الغاز في الحاوية ضغطًا. بعبارة أخرى ، عندما تطبق نظرية الكم على ثقب أسود ، تحصل على درجة الحرارة والضغط.
كما هو الحال مع درجة حرارة هوكينغ ، فإن هذا الضغط الكمي للثقب الأسود ضئيل للغاية. إنه أصغر من أن يؤثر على أنواع الثقوب السوداء التي نراها في الكون. لكن حقيقة وجوده يمكن أن يكون لها عواقب حقيقية على أكثر مناطق الكون تطرفاً ، مثل الانفجار العظيم. هذا النموذج المعين بسيط للغاية بحيث لا يمكن تطبيقه على الأنظمة الحقيقية ، لكنه دليل مثير للاهتمام نحو نظرية أكثر اكتمالاً للجاذبية الكمومية.
المرجعي:كزافييه كالميت وآخرون. ' تصحيحات الجاذبية الكمومية لانتروبيا أ ثقب شوارزشيلد الأسود '.مراجعة البدنية د104.6 (2021): 066012.
