Tejasri Gururaj tərəfindən , Phys.org

Sadie Harley tərəfindən redaktə edilmiş , Robert Eqan tərəfindən nəzərdən keçirilmişdir

 Redaktorların qeydləriRəssamın mərkəzdə aktiv qara dəlikləri olan iki birləşən qalaktika anlayışı. Kredit: NASA, ESA, Cozef Olmsted (STScI). science.nasa.gov/asset/hubble/a-pair-of-merging-black-holes-artists-concept/.

Physical Review Letters jurnalında dərc olunan bir araşdırmada fiziklər qara dəliklərin termodinamikanın üçüncü qanununu təmin etdiyini nümayiş etdiriblər ki, bu qanun da adi kvant sistemləri kimi entropiyanın müsbət qaldığını və son dərəcə aşağı temperaturda yoxa çıxdığını bildirir. Bu tapıntı qara dəliklərin kvant mexaniki davranışının əlaməti olan təcrid olunmuş əsas vəziyyətlərə malik olduğuna dair güclü sübutlar təqdim edir.

Cazibə qüvvəsinin kvant davranışını anlamaq müasir fizikanın qarşısında duran ən böyük açıq suallardan biridir. Qara dəliklər kvant cazibəsini araşdırmaq üçün laboratoriya kimi, xüsusən də kvant effektlərinin göründüyü aşağı temperaturda istifadə olunur.

Əvvəlki hesablamalar göstərdi ki, qara dəlik entropiyası aşağı temperaturda mənfi ola bilər ki, bu da fiziki cəhətdən təəccüblü görünürdü. Bu işdə tədqiqatçılar ikiölçülü Jackiw-Teitelboim (JT) cazibə modelinə qurd dəliyi effektlərini daxil etməklə paradoksa müraciət etdilər.

Phys.org tədqiqatın müəllifləri Stefano Antonini, professor Luca Victor Iliesiu, Pratik Rath və Patrick Duy Tran ilə onların işləri haqqında məlumat əldə etmək üçün danışdı.

“Qara dəlikləri son dərəcə aşağı temperaturda təsvir etməklə və onların əksər adi kvant sistemləri kimi təcrid olunmuş əsas vəziyyətə malik olub-olmadığını anlayaraq, biz cazibə qüvvəsinin kvant xassələrini açmağa ümid edirik”, – tədqiqatçılar izah edirlər.

Entropiya problemi

Kvant sistemlərində entropiya mümkün mikroskopik konfiqurasiyaların sayını ölçür. Sistem təcrid olunmuş əsas vəziyyətə malikdirsə – unikal ən aşağı enerji konfiqurasiyası – temperatur mütləq sıfıra yaxınlaşdıqca onun entropiyası yox olmalıdır.

Bununla belə, qravitasiya nəzəriyyələrindəki entropiya hesablamaları həmişə mümkün konfiqurasiyalar ansamblının ortasını ehtiva edir və bu, onları çətinləşdirir.

Yuvlanmış və söndürülmüş entropiya adlanan iki fərqli orta hesablama proseduru fərqli cavablar verə bilər. Qaynadılmış entropiya əvvəlcə orta, sonra isə entropiyanı hesablayır, söndürülmüş entropiya isə hər bir konfiqurasiya üçün əvvəlcə entropiyanı, sonra isə orta hesablayır.

Tədqiqatçılar izah edirlər ki, “zərurət əməliyyatların nizamlanması məsələsi ilə bağlıdır”. “Fərz edək ki, sizə kvant sistemlərinin çeşidi verilib və ona orta entropiyanı hesablamaq tapşırılıb. İdeal olaraq, siz hər bir sistemin entropiyasını, sonra isə bu entropiyalar üzərində orta hesabla hesablayacaqsınız. Buna söndürülmüş entropiya deyilir.”

“Əvəzində, fiziklər üçün əvvəlcə ortalamaları götürən, sonra isə entropiyanı hesablayan tavlanmış entropiyanı hesablamaq çox vaxt daha asandır – əməliyyatların səhv ardıcıllığı.”

Yüksək temperaturda bu iki üsul uyğun gəlir. Lakin aşağı temperaturda onlar kəskin şəkildə fərqlənirlər: söndürülmüş entropiya sıfıra yaxınlaşır, təcrid olunmuş əsas vəziyyəti əks etdirir, tavlanmış entropiya isə mənfi olur. Bu nəticə cəfəngiyatdır, çünki termodinamikanın üçüncü qanunu entropiyanın mənfi olmamasını və temperatur mütləq sıfıra yaxınlaşdıqca yox olmasını diktə edir.

Yeni miqdar təqdim edir

Söndürülmüş entropiya entropiyanın hesablanması üçün düzgün konseptual üsul təklif etsə də, qravitasiya sistemlərində dəqiq hesablamaq çox vaxt çox çətindir. Bu çətinlik ona görə yaranır ki, o, ansambl daxilində kvant vəziyyətlərinin və dalğalanmaların tam paylanması haqqında ətraflı bilik tələb edir ki, bu da riyazi və ədədi cəhətdən çətin olur.

Bunu həll etmək üçün tədqiqatçılar yarı söndürülmüş entropiya adlı yeni bir ara kəmiyyət təqdim etdilər.

“Biz yarım söndürülmüş entropiyanı tətbiq etməli olduq, onu hesablamaq söndürülmüş entropiyadan daha asandır” dedi komanda. “Bununla belə, bu kəmiyyət hələ də söndürülmüş entropiyaya oxşar xassələri saxlayır: məsələn, aşağı temperaturda hər iki kəmiyyətin müsbət olduğunu sübut etmək kvant sistemlərinin çeşidinin əsas vəziyyətlərinin hamısının təcrid olunduğunu göstərir.”

Əsas üstünlük ondan ibarətdir ki, yarı söndürülmüş entropiyanın bütün temperaturlarda müsbət qaldığını sübut etmək, qara dəliklərin təcrid olunmuş əsas vəziyyətə malik olduğunu göstərmək üçün kifayətdir – və əlavə olaraq, söndürülmüş entropiya da müsbət olaraq qalır.

Bunun səbəbi, yarı söndürülmüş entropiyanın hesablanması daha asan olmasına baxmayaraq, eyni keyfiyyət davranışını paylaşması və əsas vəziyyətin eyni fiziki xüsusiyyətlərini araşdırması mənasında söndürülmüş entropiyaya bənzəyir. Sıfır temperaturda yarı söndürülmüş entropiyanın pozitivliyi və yox olması qara dəliklərin unikal ən aşağı enerji vəziyyətinə malik adi kvant sistemləri kimi davrandığını təsdiqləyir.

Gündəlik anlayışlar üçün Phys.org-a etibar edən 100.000-dən çox abunəçi ilə elm, texnologiya və kosmosda ən son yenilikləri kəşf edin . Pulsuz xəbər bülleteni üçün qeydiyyatdan keçin və mühüm nailiyyətlər, yeniliklər və tədqiqatlar haqqında gündəlik və ya həftəlik yeniləmələr əldə edin .

Havalı quyruq və qurd dəlikləri

Airy kənarı təsadüfi matris nəzəriyyəsinin riyazi konsepsiyasıdır və öz dəyərlərin spektrinin sərhəddinə yaxın paylanmasına dair universal nümunəni təsvir edir. Bu nümunə fizika və riyaziyyatda bir çox mürəkkəb sistemlərdə özünü göstərir.

JT cazibə qüvvəsi kontekstində qara dəliyin enerji spektri riyazi olaraq təsadüfi matrislər ansamblının öz dəyərlərinin spektrinə ekvivalentdir. Bu ekvivalentlik fiziklərə çox aşağı temperaturda qara dəliklərin incə kvant davranışlarını anlamaq üçün Airy kənar statistikasını tətbiq etməyə imkan verir.

“Aşağı temperaturlara keçməklə, biz qara dəlik spektrində kənar statistikanı araşdırmağa başlayırıq və onun matris inteqrallarında olduğu kimi eyni universal statistikanı paylaşdığını görürük” deyə tədqiqatçılar izah edirlər.

Komanda hesablamalarını iki tamamlayıcı yanaşmadan istifadə edərək həyata keçirdi. Birincisi, cazibə yolunun inteqralında kosmos-zamanın müxtəlif bölgələrini birləşdirən həndəsi strukturlar – qurd dəliklərinin töhfələrinin cəmlənməsini əhatə edirdi.

İkincisi, ikili matris inteqralında yeni konfiqurasiyanın, bir xüsusi dəyərli antonun üstünlük təşkil etdiyini göstərmək üçün təsadüfi matris nəzəriyyəsi üsullarından istifadə etdi. Maraqlıdır ki, hər iki yanaşma güclü ardıcıllıq yoxlamasını təmin edərək, ümumi etibarlılıq rejimi haqqında razılığa gəldi.

“Bu razılaşma bizə qəribə və təəccüblü bir nəticə deyir: bu bir öz dəyərli anlıqlar təkcə bir qurd dəliyinə deyil, sonsuz sayda soxulcan dəliklərinin bərpasına uyğun gəlir”, – komanda qeyd edib.

“Əgər biz soxulcan dəliyi korreksiyalarını sonlu sayda cəmləsəydik, yarı söndürülmüş entropiyanın müsbət olduğunu görməzdik. Bu o deməkdir ki, bütün soxulcan dəliklərinin uçotu qara dəliklərin kvant təbiətini anlamaq və adi kvant sisteminə uyğun nəticələr əldə etmək üçün çox vacibdir.”

Nəticələr və sonrakı addımlar

Qara dəliklərin təcrid olunmuş əsas dövlətlərə malik olduğunu nümayiş etdirmək bizim kvant cazibəsini başa düşməyimizə təsir göstərir.

“Təcrid olunmuş əsas vəziyyəti sübut etməklə biz JT cazibə qüvvəsindəki qara dəliklərin kvant mexaniki sistemləri kimi davrandığını göstəririk. Başqa sözlə, onların ən aşağı enerji halları kvantlaşdırılıb”, – tədqiqatçılar izah edirlər.

“Bu, qara dəlik entropiyasının mikrodövlət təfsirinin lehinə dəlillər təqdim edir və cazibə qüvvəsinin kvant təbiətinin nəzəri zondlarını inkişaf etdirir.”

Nəticələr həm də qravitasiya fizikasında qurd dəliklərinin rolunu vurğulayır. Soxulcan dəliyi töhfələrinin tam sonsuz seriyası üzərində cəmlənmədən hesablamalar fiziki cəhətdən həssas, müsbət entropiya verməzdi.

Gələcəyə baxaraq, tədqiqatçılar maraqlı açıq sualları müəyyənləşdirirlər: bir xüsusi dəyərli instantonların qravitasiya şərhi nədir? Bu üsullar daha yüksək ölçülü qara dəliklərə qədər uzana bilərmi? Yarı söndürülmüş entropiya, qatılaşdırılmış maddə və ya kvant hesablamalarında olduğu kimi cazibə qüvvəsindən kənarda faydalıdırmı?

Komanda artıq bu suallara cavab vermək üçün addımlar atıb. Onlar öz nəticələrini arXiv çap serverində yayımlanan təqib sənədində maddə həyəcanları olan qara dəliklərin daha geniş sinfi üçün ümumiləşdirir və qara dəliklərin ümumi, xaotik kvant sistemləri kimi davranması faktını gücləndirirlər.

Müəllifimiz Tejasri Qururaj tərəfindən sizin üçün yazılmış, Sadie Harley tərəfindən redaktə edilmiş və Robert Eqan tərəfindən yoxlanılmış və nəzərdən keçirilmiş bu məqalə diqqətli insan əməyinin nəticəsidir. Müstəqil elmi jurnalistikanı yaşatmaq üçün sizin kimi oxuculara güvənirik. Bu hesabat sizin üçün əhəmiyyət kəsb edirsə, lütfən, ianə (xüsusilə aylıq) nəzərdən keçirin. Siz təşəkkür olaraq reklamsız hesab əldə edəcəksiniz .

Daha çox məlumat: Stefano Antonini et al, Black Hole Airy Tail, Physical Review Letters (2025). DOI: 10.1103/ft96-b212

Stefano Antonini və başqaları, Kənarda yaşamaq: toplu entropiyaların mənfiliyinə qeyri-tədirgin bir həll, arXiv (2025). DOI: 10.48550/arxiv.2509.15295

Jurnal məlumatı: Fiziki İcmal məktubları , arXiv  

© 2025 Science X Network