Novi rad predlaže da se za opis "curenja" energije iz crnih rupa umesto događajnog horizonta upotrebi dinamički horizont, a da se procesi opišu promenama entropije, slično ključanju vode. To omogućava primenu prvog i drugog zakona termodinamike i na crne rupe koje nisu u ravnoteži — one koje nastaju, rastu, spajaju se i isparavaju. Predlog tima sa Penn State-a (Abhay Ashtekar i saradnici) objavljen je u Physical Review Letters i olakšava modelovanje evaporacije i spajanja crnih rupa u kvantnoj teoriji.
Hawkingova teorija „curenja“ crnih rupa dobija ažuriranje: Dinamički horizont objašnjava „ključaće“ crne rupe
An illustration shows a an influx of energy causing a black hole growing. | Credit: Jonathan Shu and Daniel Paraizo / Penn State
Moguće je jednostavnije i praktičnije objasniti kako crne rupe "cure" energiju — nov pristup poredi taj proces sa ključanjem vode i zasniva se na promenama entropije. Takva analogija može pomoći u modelovanju ponašanja crnih rupa tokom formiranja, spajanja, isparavanja pa čak i konačnog raspada.
Zašto je ovo važno
U 1970-im, Stephen Hawking je predložio da crne rupe emituju termalno zračenje — poznato kao Hawkingova radijacija — čime su crne rupe dobile termodinamička svojstva poput temperature i entropije. Međutim, klasična formulacija zakona o mehanici crnih rupa zasnivala se na pretpostavci stacionarnosti: da je crna rupa u ravnoteži.
Ograničenje postojeće paradigme
Kako ističe tim istraživača na čelu sa Abhayom Ashtekarom (Penn State), zakoni temeljeni na događajnom horizontu imaju ozbiljno ograničenje — događajni horizont je globalni pojam koji zavisi od budućnosti prostor-vremena, pa ga je teško koristiti za opisivanje crnih rupa u dinamičnim situacijama (nastajanje, rast, spajanje, isparavanje).
An illustration of an exploding black hole. | Credit: Robert Lea (created with Canva)
„Hawkingovi zakoni o mehanici crnih rupa pružili su zadovoljavajuću vezu između ekstremne i obične fizike i bili su paradigma poslednjih 50 godina, ali imaju ozbiljno ograničenje,“ rekao je Abhay Ashtekar. „Formulisani su za crne rupe u ravnoteži — dok su crne rupe stalno u promeni.“
Dinamički horizont i entropija
Umesto oslanjanja na događajni horizont, istraživači predlažu upotrebu pojma dinamički horizont — lokalnije definisane površine koja se već koristi u simulacijama. Ključna ideja je da se entropija i termodinamički zakoni (prvi i drugi zakon) mogu generalizovati i primeniti na crne rupe koje nisu u ravnoteži. Analogija sa ključalom vodom služi kao intuitivan način razumevanja kako raste neređenost (entropija) tokom dinamičnih promena.
„Ako želimo da razumemo crne rupe koje rastu, isparavaju i stapaju se, potrebna nam je održiva alternativa,“ kaže Jonathan Shu iz tima.
Istorijski kontekst
Koncept crne rupe izvire iz Opšte teorije relativnosti koju je 1915. objavio Albert Einstein. Rešenja jednačina pokazuju mogućnost singulariteta i okruženja iz kojeg ni svetlost ne može da pobegne — događajnog horizonta. Pre Hawkinga se smatralo da su crne rupe apsolutno tamne i da ne emituju energiju.
Šta je novo i gde vodi
Tim na Penn State-u (vođa Abhay Ashtekar; članovi uključuju Daniel E. Paraizo i Jonathan Shu) objavio je rezultate u junu u časopisu Physical Review Letters. Predloženo proširenje omogućava konzistentnu primenu prvog i drugog zakona termodinamike na dinamične crne rupe, što bi trebalo da poboljša modelovanje procesa poput evaporacije u kvantnoj teoriji i spajanja crnih rupa u astrofizičkim simulacijama.
Zaključak: Novi pristup ne poništava Hawkingova otkrića, već proširuje okvir kojim se opisuju termodinamičke osobine crnih rupa — sa mnogo praktičnijim alatom za opis vremenski promenljivih, realističnih situacija.
Pomozite nam da budemo bolji.
