La théorie des cordes: définir un trou noir

Une des conséquences de la théorie générale de la relativité d'Einstein était une solution dans laquelle l'espace-temps courbé tellement que même un faisceau de lumière est resté coincé. Ces solutions se sont appelés trous noirs,

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et l'étude d'entre eux est l'un des domaines les plus fascinants de la cosmologie. Application de la théorie des cordes pour étudier les trous noirs est l'une des pièces les plus importantes de la preuve en faveur de la théorie des cordes.

Les trous noirs sont censés former lorsque des étoiles meurent et leur encombrement massif effondrements vers l'intérieur, créant des champs gravitationnels intenses. Personne n'a “ vu ” un trou noir, mais les scientifiques ont observé des preuves gravitationnelle cohérente avec les prévisions à leur sujet, de sorte que la plupart des scientifiques pensent qu'ils existent.

Ce qui se passe à l'intérieur d'un trou noir?

Selon la théorie de la relativité générale, il est possible que le tissu même de l'espace-temps se penche une quantité infinie. Un point avec cette courbure infinie est appelé un espace-temps singularité. Si vous suivez l'espace-temps de retour à la big bang, vous souhaitez rejoindre une singularité. Singularités existent aussi à l'intérieur des trous noirs.

A l'intérieur d'un trou noir, l'espace-temps étend à une singularité infinie.
A l'intérieur d'un trou noir, l'espace-temps étend à une singularité infinie.

Parce que la relativité générale indique que la courbure de l'espace-temps est équivalente à la force de gravité, la singularité d'un trou noir a gravité infinie. Toute question d'aller dans un trou noir serait déchiré par cette énergie gravitationnelle intense comme il approchait de la singularité.




Pour cette raison, les trous noirs offrent un excellent terrain d'expérimentation théorique de la théorie des cordes. Gravity est normalement si faible que les effets quantiques ne sont pas respectées, mais à l'intérieur d'un trou noir, la gravité devient la force dominante au travail. Une théorie de la gravitation quantique, comme la théorie des cordes, pourrait expliquer exactement ce qui se passe dans un trou noir.

Ce qui se passe au bord d'un trou noir?

Le bord d'un trou noir est appelé horizon des événements, et il représente une barrière que même la lumière ne peut pas sortir de. Si vous deviez aller près du bord d'un trou noir, les effets relativistes ont lieu, y compris la dilatation du temps. Pour un observateur extérieur, il ressemblerait à temps ralentissait pour vous, finalement venir à un arrêt. (Vous, d'autre part, remarquerez rien - jusqu'à ce que les forces gravitationnelles intenses du trou noir vous écrasée, bien sûr.)

On croyait auparavant que les choses ne se laissent prendre dans un trou noir, mais le physicien Stephen Hawking célèbre a montré que les trous noirs émettent une énergie appelée Rayonnement de Hawking. (Ceci a été proposé en 1974, un an après la réalisation tout aussi révolutionnaire par Jacob Bekenstein israélienne que les trous noirs possédaient entropie - une mesure thermodynamique de trouble dans un système. L'entropie mesure le nombre de différentes façons d'organiser les choses dans un système.)

La physique quantique prédit que les particules virtuelles sont constamment créés et détruits, en raison des fluctuations quantiques de l'énergie dans le vide. Hawking a appliqué ce concept à des trous noirs et réalisé que si une telle paire est créé près de l'horizon des événements, il était possible pour l'un des particules à obtenir tiré dans le trou noir tandis que l'autre n'a pas. Ceci semblerait identique à l'émission d'un rayonnement de trou noir. Pour préserver l'énergie, la particule qui est tombé dans le trou noir doit avoir l'énergie négative et de réduire l'énergie globale (ou masse) du trou noir.

Le comportement des trous noirs est curieux dans un certain nombre de moyens, beaucoup d'entre eux démontré par Hawking dans les années 1970:

  • L'entropie d'un trou noir est proportionnelle à la surface du trou noir (la zone de l'horizon des événements), contrairement aux systèmes classiques où l'entropie est proportionnelle au volume. Ce fut la découverte de Bekenstein.

  • Si vous mettez plus de matière dans un trou noir, il se refroidit.

  • Comme un trou noir émet un rayonnement Hawking, l'énergie provient du trou noir, il perd de sa masse. Cela signifie que le trou noir se réchauffe, perdant de l'énergie (et donc la masse) plus rapidement.

En d'autres termes, Stephen Hawking a montré dans les milieu des années 1970 qu'un trou noir sera évaporer (sauf si elle est “ Fed ” plus de masse que qu'elle perd en énergie). Il l'a fait en appliquant les principes de la physique quantique à un problème de gravité. Après le trou noir évapore à la taille de la longueur de Planck, une théorie quantique de la gravitation est nécessaire pour expliquer ce qui lui arrive.

La solution de Hawking est que le trou noir évapore à ce moment-là, l'émission d'un dernier sursaut d'énergie aléatoire. Cette solution conduit à la soi-disant paradoxe de l'information, parce que la mécanique quantique ne permet pas d'informations pour être perdu, mais l'énergie de l'évaporation ne semble pas porter les informations à propos de la question qui est allé à l'origine dans le trou noir.


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