Černé díry, tajemné objekty ve vesmíru, byly dlouho předmětem vědeckého zkoumání. Nová studie nyní odhalila, že černé díry podléhají třetímu zákonu termodynamiky. Předpokládalo se, že při velmi nízkých teplotách může být entropie negativní, ale to se ukázalo jako mylné. Nové výpočty naznačují, že černé díry mají izolované základní stavy, což představuje významný posun ve kvantové fyzice.

Rozpor ve fyzice černých děr

Černé díry často představují výzvu pro zákony fyziky, které se s nimi potýkají. Nová studie publikovaná v časopise Physical Review Letters přinesla revoluční poznatky, které potvrzují, že černé díry dodržují třetí zákon termodynamiky. To naznačuje, že černé díry nejsou chaotické, ale že se chovají jako součást kvantového systému.

Dosud bylo obecně přijímáno, že entropie černých děr může být negativní při velmi nízkých teplotách, což je v rozporu s fyzikálními zákony. Nový výzkum prokázal, že černé díry mají rovněž základní izolované stavy. Tento objev by mohl být zásadním krokem k porozumění kvantové gravitace.

Termodynamický třetí zákon

Abychom porozuměli této studii, je nutné pochopit třetí zákon termodynamiky, který říká, že jakmile se systém přiblíží k absolutní nule (-273,15 °C), jeho entropie by měla být pozitivní nebo by se měla zcela vytratit. Entropie měří neuspořádanost nebo náhodnost systému. U běžných kvantových systémů je nejnižší energetický stav (základní stav) jediný, což obvykle vede k nulové entropii.

U černých děr však dosavadní výpočty indikovali, že by měly tento zákon porušovat. Nové výpočty, které zahrnuly modely gravitace Jacoba-Titoboeima, ukázaly fixaci této chyby.

Chyby ve vědeckých výpočtech

Autory této studie jsou Stefano Antonini a profesor Luca Victor Eliseu. Poukazují na chyby v přístupu k výpočtům. V kvantových systémech entropie odpovídá počtu mikroskopických konfigurací. Při výpočtech v gravitaci na druhé straně musíme brát průměr. Existují dva způsoby, jak tento výpočet provést: ensimmäinen on ‚anilovaná entropie‘ a druhý ‚kvencová entropie‘.

Nyní vědci zjistili, že metoda, kterou považovali za správnou, byla ve skutečnosti chybná, a to vinou nesprávného pořadí operací. Kdybychom použili správný přístup, došli bychom k jiným a správným závěrům.

Nový přístup k kvantovým výpočtům

Pokud výpočet kvencované entropie představoval obtíž, vědci usilovali o vytvoření nové termíny, tzv. ‚polokvencovaná entropie‘. Tento nový koncept je snazší na výpočet, přičemž si uchovává vlastnosti kvencované entropie. Prokázání, že polokvencovaná entropie zůstává pozitivní při nízkých teplotách, by znamenalo, že základní stavy černých děr jsou izolované, což je velmi inovativní matematická strategie, která umožnila vyřešit dlouhodobý problém.

Dopad na fyziku celkově

Tato nová zjištění mají dalekosáhlé důsledky nejen pro pochopení černých děr, ale také pro celou fyziku. Černé díry již nejsou smrtonosnými objekty, ale spíše organizovanými kvantovými systémy. To směřuje k vytvoření teorie všeho. Vědci mají možnost prozkoumat hlubší tajemství gravitace a otevřít cestu k novým inovacím v kvantové výpočetní technice a informační teorii.

Na první pohled se může jevit, že tyto objevy nemají přímý přínos pro širokou veřejnost. Nicméně, každé malé zjevení v vědě představuje základ pro velké revoluce. Porozumění entropii černých děr se ukazuje jako klíčové pro pochopení vzniku a zániku vesmíru. Pomáhá nám vytvářet správný náhled na čas a prostor.

Když rozluštíme základní stavy černých děr, ve skutečnosti chápeme, jak se látka chová v nejzákladnější podobě. Tento výzkum vyzývá také teorie z populárních vědeckofantastických filmů, které černé díry vnímají jako něco, co překračuje fyzikální zákony. Realita je taková, že i ten největší padouch vesmíru se ukazuje být otrokem pravidel.