Черные дыры в квантовых состояниях имеют удивительно странные массы

Большую часть века квантовая физика и общая теория относительности были неразрывно связаны друг с другом. Каждый совершенен по-своему, они просто терпеть не могут друг друга, находясь в одной комнате.

Теперь математическое доказательство квантовой природы черных дыр может показать нам, как они могут примириться, по крайней мере, достаточно, чтобы создать грандиозную новую теорию о том, как Вселенная работает в космическом и микрокосмическом масштабах.

Группа физиков математически продемонстрировала странную причуду относительно того, как эти умопомрачительно плотные объекты могут существовать в состоянии квантовой суперпозиции, одновременно занимая спектр возможных характеристик.

Их расчеты показали, что суперпозиции масс в теоретическом типе черной дыры, называемой черной дырой BTZ, одновременно занимают удивительно разные диапазоны масс.

Обычно любая заурядная частица может существовать в суперпозиции состояний, при этом такие характеристики, как вращение или импульс, определяются только после того, как они стали частью наблюдения.

Где некоторые качества, такие как заряд , приходят только дискретными единицами, масса не обычно не квантуется, а это означает, что масса ненаблюдаемой частицы может находиться где угодно в пределах диапазона возможностей.

Тем не менее, как показывает это исследование, суперпозиция масс, удерживаемых черной дырой, имеет тенденцию отдавать предпочтение одним измерениям по сравнению с другими. в образце, который может быть полезен для моделирования массы квантованным способом. Это могло бы дать нам новую основу для исследования квантово-гравитационных эффектов черных дыр в суперпозиции, чтобы ослабить напряженность между общей теорией относительности и квантовой теорией.

«До сих пор мы не исследовали глубоко, Черные дыры демонстрируют странное и чудесное поведение квантовой физики», — объясняет физик-теоретик Джошуа Фу из Квинслендского университета в Австралии.

«Одним из таких явлений является суперпозиция, при которой могут существовать частицы квантового масштаба. в нескольких состояниях одновременно. Чаще всего это иллюстрируется котом Шредингера, который может быть и мертвым, и живым одновременно».

«Но что касается черных дыр, мы хотели посмотреть, могут ли они дико разные массы одновременно, и оказывается, что они есть.Представьте, что вы одновременно широкая и высокая, а также низкая и худая в то же время — это ситуация, которая интуитивно сбивает с толку, поскольку мы привязаны к миру традиционной физике, но это реальность для q квантовые черные дыры.»

Чрезвычайная гравитация, окружающая черные дыры, делает прекрасную лабораторию для исследования квантовой гравитации – вращающийся континуум пространства-времени в соответствии с общей теорией относительности, связанной с квантово-механической теорией, которая описывает физическую Вселенную в терминах дискретных величин, таких как частицы.

Модели, основанные на определенных типах черных дыр, могут привести к единой теории, объясняющей частицы и гравитацию. Например, некоторые эффекты, наблюдаемые вокруг черной дыры, не могут быть описаны общей теорией относительности. Для этого нам нужна квантовая гравитация — единая теория, которая включает в себя оба набора правил и каким-то образом заставляет их хорошо работать.

Итак, Фу и его коллеги разработали математическую основу, которая эффективно позволяет физикам наблюдать за частицей. помещены вне черной дыры, которая находится в состоянии квантовой суперпозиции.

Масса была основным свойством, которое они исследовали, поскольку масса – это одно из немногих свойств черных дыр, которые мы можем измерить.

«Наша работа показывает, что самые ранние теории Джейкоба Бекенштейна — американского и израильского физика-теоретика, внесшего фундаментальный вклад в основы термодинамики черных дыр, — были оправданы», — говорит квантовый физик Магдалена Зих из Университета Квинсленда.

«[Бекенштейн] постулировал, что черные дыры могут иметь массы только определенных значений, то есть они должны попадать в определенные диапазоны или отношения — так, например, работают энергетические уровни атома. Наш моделирование показало, что эти наложенные массы на самом деле находились в определенных полосах или соотношениях, как и предсказывал Бекенштейн.

«Мы не предполагали, что такая закономерность будет иметь место, поэтому тот факт, что мы обнаружили это доказательство, был весьма неожиданным».

p>

Результаты, по словам исследователей, открывают путь для будущих исследований концепций квантовой гравитации, таких как квантовые черные дыры и наложенное пространство-время. Чтобы разработать полное описание квантовой гравитации, включение этих концепций имеет решающее значение.

Их исследования также позволяют более детально исследовать это наложенное пространство-время и его влияние на частицы внутри него.

p>

«Вселенная показывает нам, что она всегда более странная, загадочная и увлекательная, чем большинство из нас могло себе представить», – говорит Зык.

Исследование опубликовано в Письма с физическим обзором.