M87 블랙홀에 65억 개의 태양 질량이 원자보다 작은 특이점으로 응축되어 있다는 것을 어떻게 이해합니까?

M87 블랙홀에는 태양 질량 65억 개가 원자보다 작은 특이점으로 응축되어 있다는 것을 어떻게 이해할까요? 블랙홀의 특이점에 대해 이야기할 때 우리는 슈바르츠실트 반경을 언급해야 합니다. 거대한 물체의 경우에도 슈바르츠실트 반경은 블랙홀 중심의 특이점보다 몇 배 더 작습니다. 반경. 예를 들어, 우리가 살고 있는 행성인 지구는 슈바르츠실트 반경이 약 9밀리미터에 불과한 반면, 태양의 슈바르츠실트 반경은 약 3,000미터에 달합니다. 이 모든 것은 블랙홀 자체의 구조와 특성에 의해 결정됩니다.

태양 질량이 65억 개에 달하는 M87이 일종의 초거대 블랙홀임에는 의심의 여지가 없다. 질량이 특이점으로 집중될 수 있는 이유를 이해할 수 없을 정도는 아니지만, 실제로는 그렇다. 블랙홀 자체를 이해하지 못합니다. 블랙홀은 우리 진정한 천문학 팬 누구에게나 낯선 존재가 아닙니다. 블랙홀은 우주의 "쓰레기 압축기"처럼 먼지와 가스를 미세한 상태로 짜낼 수 있으며, 천체는 물론 우주의 물질까지 흡수할 수 있습니다. 현대 물리학의 관점에서 볼 때, 블랙홀에 떨어지는 모든 정보가 '소모'된 후에는 관련 신호가 모두 우주에서 영원히 사라지게 됩니다. 따라서 블랙홀에 대한 연구는 한때 딜레마에 빠졌습니다.

1. 양자역학을 활용하여 블랙홀의 신비한 내부를 알아내는 방법은 무엇인가요?

양자물리학의 관점에서 보면 지금까지 존재했던 모든 정보는 사라질 수 없다. 정보는 아원자 입자를 숨기거나 파괴할 수 있지만, 정보는 상호 연결된 입자와 분리될 수 없으며 이것이 이 새로운 실험의 이론적 기초입니다. 블랙홀의 단순화된 모델에서 대상 정보가 얼마나 빨리, 얼마나 오랫동안 뒤섞여 있는지 측정함으로써 다른 파악하기 어려운 개체가 어떤 것인지 엿볼 수 있습니다.

호킹 복사 쌍의 외부로 날아가는 입자가 '완고한 파트너'와 얽히는 특성을 이용하여 분리할 수 없는 특성을 통해 대상 관찰 개체는 다른 신체 특성의 중요한 세부 사항에서 파생될 수 있습니다. . 즉, 블랙홀에 빠져서 복구하려는 정보는 이러한 외부 입자에 대해 수많은 양자 계산을 수행하여 찾을 수 있습니다.

양자역학 관점에서 볼 때 블랙홀 속 입자는 혼란스러운 상황이 되는 것과 같고 모든 정보가 뒤섞여 결코 해방될 수 없게 된다. 이때 이 시스템의 혼란스럽게 얽힌 입자는 일부 중요한 정보를 시스템의 다른 "파트너"에게 전송할 수 있습니다.

2. 연구실의 블랙홀에 빠진 정보를 복구하는 방법은 무엇인가요?

물론 현실 세계의 블랙홀은 매우 복잡하고, 실험실에서 실제 '블랙홀'을 구축하기 어렵기 때문이다. 그래서 물리학자들은 양자 COMPUT ER을 구축한 다음 이테르븀(Ytterbium) 원소의 원자핵 3개를 사용하여 간단한 모델(서로 얽힌)을 구축했습니다.

이 실험에서는 또 다른 외부 큐비트도 사용되어 물리학자들이 3개 입자 시스템의 입자가 붕괴되는 지점을 알려주고 붕괴되는 정도도 측정할 수 있었습니다. 가장 중요한 것은 이러한 입자의 혼합이 환경의 다른 입자를 포함하지 않는다는 계산 결과입니다. 이러한 발견은 양자 시스템에서 실제로 일어나는 일을 구별하는 것이 여전히 어려운 문제임에도 불구하고 미래의 컴퓨팅 메커니즘 개발에 도움이 될 것입니다.

이 흥미로운 연구는 네이처(Nature) 저널 3월 6일자에 게재됐다. 블랙홀에 대한 인류의 연구는 1970년대 초 유명한 물리학자 호킹(Hawking)이 블랙홀이 축소될 수 있는 존재임을 증명했다. (양자 역학의 법칙에 따라) 자체 수명. 그런 다음 매우 긴 시간 규모에서 블랙홀이 증발하고(호킹 복사) 블랙홀 정보 역설이 발생합니다.

3. 호킹이 수십 년 동안 생각해 온 블랙홀 정보 역설은 무엇인가?

블랙홀 자체는 밀도가 매우 높으며 별 간의 충돌이나 거대한 별 자체의 붕괴로 인해 형성됩니다.

옛날 물리학에서는 빛을 포함한 그 어떤 것도 블랙홀의 경계를 벗어날 수 없다는 사실을 보여주었습니다. 1970년대까지 호킹은 블랙홀에 온도가 있을 수 있으며 시간이 지남에 따라 천천히 양자 입자가 누출될 것이라고 제안했습니다. 호킹 복사의 효과로 인해 블랙홀은 결국 증발하게 됩니다. 수명 주기 동안 무엇을 삼키든 증발하는 블랙홀이 남기는 진공은 동일합니다.

이 추론은 새로운 모순을 만듭니다. 즉, 블랙홀이 수명주기 동안 천체 형태의 다른 많은 물체를 삼킨다면 이 정보는 어디에서 발생해야 할까요? 확립된 물리적 법칙에 따르면 정보는 손실되어서는 안 됩니다. 한때 존재했던 객체라면 해당 정보를 복구할 수 있습니다.

2016년 호킹과 그의 팀은 블랙홀이 광자(경이온)와 중력자(가상 중력 입자)로 구성된 '부드러운 털'을 가질 수 있으며 여기에 몇 가지 중요한 정보가 저장되어 있을 수 있다고 제안했습니다. . 머리카락이 전달하는 정보의 양은 블랙홀이 호킹 방사선을 방출하는 방식을 설명하는 호킹 방정식을 사용하여 계산할 수 있습니다.

물체를 삼키면 블랙홀의 온도, 즉 엔트로피가 변하거나 입자의 무질서도 변하게 된다(온도가 높으면 입자가 더 빨리 움직이고 더 많은 입자가 생성된다). . 장애.) 이 부드러운 털들이 정보를 어떻게 저장하는지, 모든 정보를 저장하는지, 아니면 소량을 저장하는지 아직 알려지지 않았지만, 이는 좋은 발전입니다.

4. 일반적으로 존재하는 블랙홀은 항상 과학자와 일반인을 매료시킵니다.

블랙홀에 대해 흥미로운 점이 있다면 우주에 숨어 있는 거대한 짐승과 비교해야 할까요? 매우 적절하게도, 그곳을 지나가는 별들은 두 개로 찢겨져 땅에 흩어질 것입니다. 우리와 같은 과학자와 일반인의 탐구와 관심을 항상 끄는 것은 바로 이 신비한 우주체입니다. 그렇다면 블랙홀은 어떻게 형성되며, 블랙홀에 그토록 강력한 파괴력을 주는 것은 무엇입니까?

더 많은 질량의 별들이 수명을 다하게 되면 헬륨과 혼합된 수소가 고갈됩니다. 그 결과, 이 "괴물" 별들은 헬륨을 태우기 시작했고, 나머지 원자들은 더 이상 별의 외층을 지탱할 에너지를 제공할 수 없을 때까지 더 무거운 원소로 융합되었습니다. 이 최상층은 안쪽으로 붕괴된 후 폭발하여 초신성을 형성합니다.

물론 이 과정에서 놓치는 작은 부분이 늘 있기 마련이다. 이는 아인슈타인의 일반상대성이론에 의해 예측된다. 만약 이 빠진 부분의 질량이 태양의 3배에 이를 수 있다면 말이다. , 그러면 이것들은 극소점까지 분쇄되어 무한한 밀도를 가진 물질이 될 것이며, 나머지 별들의 중력 당기는 힘은 모든 것을 압도할 만큼 강력할 것입니다.

두 블랙홀이 만나면 강한 중력으로 인해 서로 끌어당겼다가 서로를 향해 회전하게 된다. 가까운 시공간 구조도 집단 질량에 의해 흔들리며 중력파를 방출합니다. 이 초대질량 블랙홀은 과거에는 그다지 파괴적이지 않았지만 단지 가스, 먼지, 기타 물질을 흡수하고 서로 합쳐지면서 성장해 결국 이렇게 거대한 괴물을 형성했지만 아직 많은 세부 사항이 불분명합니다.