¿Cómo entender que el agujero negro M87 tiene 6.500 millones de masas solares condensadas en una singularidad más pequeña que un átomo?

¿Cómo entender que el agujero negro M87 tiene 6.500 millones de masas solares condensadas en una singularidad más pequeña que un átomo? Cuando hablamos de la singularidad de un agujero negro, debemos mencionar el radio de Schwarzschild. Incluso para un objeto masivo, su radio de Schwarzschild será muchas veces menor. La singularidad en el centro del agujero negro se encuentra dentro del radio de Schwarzschild. el radio. Por ejemplo, la Tierra, el planeta en el que vivimos, tiene un radio de Schwarzschild de sólo unos 9 milímetros, mientras que el radio de Schwarzschild del Sol es de unos 3.000 metros. Todo esto está determinado por la estructura y las características del propio agujero negro.

Con 6.500 millones de masas solares, no hay duda de que M87 es un tipo de agujero negro supermasivo. No es tanto que no pueda entender por qué la masa se puede concentrar en una singularidad, sino que sí lo hace. No entendemos el agujero negro en sí. Los agujeros negros no son una existencia desconocida para ninguno de nosotros, verdaderos fanáticos de la astronomía. Los agujeros negros pueden exprimir el polvo y el gas en estados microscópicos, al igual que el "compactador de basura" del universo, capaz de absorber cuerpos celestes e incluso materia en el espacio. Desde la perspectiva de la física moderna, después de que toda la información que cae en el agujero negro se "consuma", todas las señales relevantes se perderán para siempre en el universo. Por lo tanto, la investigación sobre los agujeros negros estuvo alguna vez en un dilema.

1. ¿Cómo utilizar la mecánica cuántica para conocer el misterioso interior de un agujero negro?

Desde la perspectiva de la física cuántica, toda la información que alguna vez ha existido no se puede perder. Aunque la información puede ocultar o alterar partículas subatómicas, no se puede separar de las partículas interconectadas, que es la base teórica de este nuevo experimento. Al medir con qué rapidez y durante cuánto tiempo se codifica la información del objetivo en un modelo simplificado de un agujero negro, es posible vislumbrar cómo podrían ser otras entidades esquivas.

Utilizando la característica de que las partículas que salen volando en el par de radiación de Hawking se entrelazarán con el "compañero obstinado", a través de sus características inseparables, el objeto de observación objetivo se puede deducir de detalles importantes de las propiedades de otro cuerpo. . En resumen, la información que queremos recuperar al caer en un agujero negro se puede encontrar realizando una gran cantidad de cálculos cuánticos sobre estas partículas que salen del exterior.

Desde la perspectiva de la mecánica cuántica, las partículas en el agujero negro equivalen a convertirse en una situación caótica, y toda la información se mezcla y nunca se puede liberar. En este momento, las caóticas partículas entrelazadas en este sistema pueden transmitir información importante a otros "socios" en él.

2. ¿Cómo recuperar la información que cayó al agujero negro en el laboratorio?

Por supuesto, porque los agujeros negros en el mundo real son muy complejos y es difícil establecer un "agujero negro" real en el laboratorio. Entonces, los físicos construyeron una COMPUTADORA cuántica y luego construyeron un modelo simple (entrelazados entre sí) utilizando tres núcleos atómicos del elemento iterbio.

En este experimento, también se utilizó otro qubit externo, lo que permitió a los físicos determinar el punto en el que las partículas del sistema de tres partículas se alteraron y también medir el grado en el que se alteraron. Lo más importante es que los cálculos han demostrado que la mezcla de estas partículas no involucra otras partículas del medio ambiente. Un descubrimiento de este tipo sería beneficioso para el desarrollo de futuros mecanismos informáticos, aunque intentar distinguir lo que realmente sucede en un sistema cuántico sigue siendo un problema difícil.

Esta interesante investigación ha sido publicada en la revista Nature el 6 de marzo. La investigación de la humanidad sobre los agujeros negros nunca se ha detenido. Ya en la década de 1970, el famoso físico Hawking demostró que los agujeros negros son Aquellos que pueden encogerse. su propia vida (según las leyes de la mecánica cuántica). Luego está: en escalas de tiempo extremadamente largas, los agujeros negros se evaporarán (radiación de Hawking) y la paradoja de la información de los agujeros negros.

3. ¿Cuál es la paradoja de la información del agujero negro en la que Hawking lleva décadas pensando?

Los propios agujeros negros son extremadamente densos y se forman debido a colisiones entre estrellas o al colapso de las propias estrellas enormes.

Érase una vez, la física clásica demostró que nada, incluida la luz, podía escapar de los confines de un agujero negro. Hasta que en la década de 1970, Hawking propuso que los agujeros negros podrían tener una temperatura y con el tiempo liberarían partículas cuánticas. Por efecto de la radiación de Hawking, el agujero negro eventualmente se evaporará. No importa lo que trague durante su ciclo de vida, el vacío que dejará el agujero negro en evaporación será el mismo.

Esta inferencia crea una nueva contradicción, a saber: si el agujero negro se traga muchos otros objetos en forma de cuerpos celestes durante su ciclo de vida, ¿dónde debería ocurrir esta información? Porque las leyes físicas establecidas nos dicen que ninguna información debe perderse siempre que sea un objeto que alguna vez existió, podemos recuperar su información.

En 2016, Hawking y su equipo propusieron que los agujeros negros pueden tener un "pelo suave" compuesto de fotones (iones ligeros) y gravitones (partículas de gravedad hipotéticas), y que en él se almacena cierta información importante. . La cantidad de información que transportan los pelos se puede calcular mediante la ecuación de Hawking, que describe cómo los agujeros negros emiten radiación de Hawking.

La temperatura del agujero negro cambiará debido a la ingestión de objetos, es decir, su entropía o el desorden de sus partículas también cambiará (la alta temperatura hará que las partículas se muevan más rápido y produzcan más partículas) . Trastorno.) Aunque aún se desconoce cómo estos pelos blandos almacenan información y si almacenan toda la información o una pequeña cantidad, esto no afecta esto.

4. En general, los agujeros negros existentes siempre atraen a científicos y legos.

Si hay algo fascinante en los agujeros negros, entonces compárelos con las bestias gigantes que acechan en el espacio, ¿debería serlo? Muy apropiado, las estrellas que pasen por él se partirán en dos y se esparcirán por el suelo. Es este misterioso cuerpo cósmico el que siempre atrae la exploración y la atención de científicos y profanos como nosotros. Entonces, ¿cómo se forman los agujeros negros y qué les confiere un poder destructivo tan poderoso?

Cuando las estrellas más masivas llegan al final de su vida, se quedan sin hidrógeno mezclado con helio. Como resultado, estas estrellas "monstruosas" comenzaron a quemar helio y los átomos restantes se fusionaron en elementos más pesados ​​hasta que ya no pudieron proporcionar energía para sostener las capas externas de la estrella. Estas capas superiores colapsan hacia adentro y luego explotan para formar una supernova.

Por supuesto, siempre habrá una pequeña parte que se pierda en este proceso. Lo predice la ecuación de la relatividad general de Einstein: si la masa de esta parte faltante puede alcanzar tres veces la del sol. , entonces estos serían aplastados hasta un punto infinitesimal, sería material con densidad infinita, y la atracción gravitacional de las estrellas restantes sería lo suficientemente fuerte como para abrumarlo todo.

Cuando dos agujeros negros se encuentran, se atraerán entre sí debido a su fuerte gravedad, y luego girarán uno alrededor del otro. El tejido del espacio-tiempo cercano también se ve sacudido por su masa colectiva, emitiendo ondas gravitacionales. Estos agujeros negros supermasivos no fueron tan destructivos en el pasado, solo absorbieron gas, polvo y otros materiales, y crecieron fusionándose entre sí, hasta formar un monstruo tan enorme, aunque muchos de los detalles aún no están claros.