07 февруари 2023
Категории
  •  Космос
  •  Физика
  •  Науки за земята
  •  Биология
  •  Медицина
  •  Математика
  •  Научни дискусии
  •  Разни
FACEBOOK

Черните дупки в квантови състояния имат изненадващо странни маси

| ПОСЛЕДНА ПРОМЯНА 02 ноември 2022 в 00:01 68800
Илюстрация, създадена с помощта на AI Dream от НаукаOFFNews

През по-голямата част от века квантовата физика и Общата теория на относителността си противоречат, макар че всяка от тях е съвършена по свой начин.

Сега едно математическо доказателство за квантовата природа на черните дупки може да ни покаже как двете могат да се помирят, поне дотолкова, че да създадат нова грандиозна теория за функционирането на Вселената в космически и микрокосмически мащаби.

Екип физици е демонстрирал математически странна приумица, свързана с това как тези невероятно плътни обекти могат да съществуват в състояние на квантова суперпозиция, заемайки едновременно спектър от възможни характеристики.

Техните изчисления показват, че суперпозициите от маси в теоретичен тип черна дупка, наречена BTZ черна дупка, заемат изненадващо различни диапазони от маси едновременно.

Обикновено всяка обикновена частица може да съществува в суперпозиция от състояния за характеристики като спин или импулс, които могат да се определят едва след като станат част от наблюдение.

Докато някои свойства, като например зарядът, се представят само в дискретни стойности, масата обикновено не се квантува (не се разделя на кванти, порции), което означава, че масата на една ненаблюдавана частица може да се намира навсякъде в рамките на един непрекъснат диапазон от възможни състояния.

И все пак, както показва това изследване, суперпозицията от маси, притежавани от черна дупка, има свойството да дава предимство на някои измервания пред други в модел, който може да бъде полезен за моделиране на масата по квантов начин. Това може да ни даде нова рамка за изследване на квантово-гравитационните ефекти на черните дупки в суперпозиция, за да се намали противоречието между Общата теория на относителността и квантовата теория.

"Досега не бяхме изследвали задълбочено дали черните дупки проявяват някои от странните и прекрасни поведения на квантовата физика", обяснява физикът теоретик Джошуа Фу (Joshua Foo) от Университета на Куинсланд в Австралия.

"Едно такова поведение е суперпозицията, при която частиците в квантов мащаб могат да съществуват в няколко състояния едновременно. Това най-често се илюстрира с котката на Шрьодингер, която може да бъде едновременно жива и мъртва."

"Но за черните дупки искахме да видим дали могат да имат крайно различни маси по едно и също време и се оказа, че това е така. Представете си, че сте едновременно широк и висок, както и нисък и кльощав - това е ситуация, която е интуитивно объркваща, тъй като сме закотвени в света на традиционната физика. Но това е реалността за квантовите черни дупки."

Екстремната гравитация, заобикаляща черните дупки, представлява отлична лаборатория за изследване на квантовата гравитация - подвижния континуум на пространство-времето според Общата теория на относителността, сроден с квантовомеханичната теория, която описва физическата Вселена в термините на дискретни величини, като например частици.

Моделите, основани на определени видове черни дупки, могат да доведат до една единна теория, която да обясни частиците и гравитацията. Например някои от ефектите, наблюдавани около черна дупка, не могат да бъдат описани в рамките на Общата теория на относителността. За това се нуждаем от квантова гравитация - единна теория, която включва и двата набора от правила и по някакъв начин ги кара да се сработят.

Затова Фу и колегите му разработват математическа рамка, която ефективно позволява на физиците да наблюдават частица, разположена извън черна дупка, която е в състояние на квантова суперпозиция.

Масата бе основното свойство, което те изследват, тъй като масата е едно от единствените свойства на черните дупки, които можем да измерим.

"Нашата работа показва, че най-ранните теории на Джейкъб Бекенщайн - американски и израелски физик теоретик, който има фундаментален принос към основите на термодинамиката на черните дупки - са били верни", обяснява квантовият физик Магдалена Зайх (Magdalena Zych) от Университета в Куинсланд.

"[Бекенщайн] постулира, че черните дупки могат да имат само маси, които са с определени стойности, т.е. те трябва да попадат в определени диапазони или съотношения - така например работят енергийните нива на атома. Нашето моделиране показа, че тези маси, които са в суперпозиция, всъщност се намират в определени диапазони или съотношения - както е предсказал Бекенщайн.

"Не предполагахме, че ще има такъв модел, така че фактът, че открихме тези доказателства, беше доста изненадващ".

Резултатите, както твърдят изследователите, дават възможност за бъдещо изследване на концепции за квантова гравитация, като квантови черни дупки и суперпозиционно пространство-време. За да се разработи пълно описание на квантовата гравитация, включването на тези концепции е от решаващо значение.

Изследването им позволява и по-подробно изследване на това суперпозиционно пространство-време и ефектите, които то оказва върху частиците в него.

"Вселената ни разкрива, че тя винаги е по-странна, по-загадъчна и по-завладяваща, отколкото повечето от нас някога са си представяли", посочва Зайх.

Справка: Quantum Signatures of Black Hole Mass Superpositions
Joshua Foo, Cemile Senem Arabaci, Magdalena Zych, and Robert B. Mann
Phys. Rev. Lett. 129, 181301 – Published 28 October 2022, DOI: https://doi.org/10.1103/PhysRevLett.129.181301

Източник: Black Holes in Quantum States Have Surprisingly Weird Masses, Science Alert


Няма коментари към тази новина !

 
Още от : Новини
Всички текстове и изображения публикувани в OffNews.bg са собственост на "Офф Медия" АД и са под закрила на "Закона за авторското право и сродните им права". Използването и публикуването на част или цялото съдържание на сайта без разрешение на "Офф Медия" АД е забранено.