Stringtheorie und der Thermodynamik eines Schwarzen Lochs
Wenn Stephen Hawking die Hawking-Strahlung durch ein schwarzes Loch emittiert beschrieben, hatte er seine physikalischen und mathematischen Intuition zu verwenden, da die Quantenphysik und die allgemeine Relativitätstheorie nicht in Einklang gebracht werden. Einer der wichtigsten Erfolge der String-Theorie ist eine vollständige Beschreibung der (etwas) Schwarze Löcher anzubieten.
Strahlung Hawking findet statt, wenn Strahlung aus einem schwarzen Loch emittiert wird, es an Masse verlieren verursachen. Schließlich verdunstet das schwarze Loch in nichts (oder fast nichts).
Stephen Hawking unvollständigem Argument
Hawkings Papier auf dem Weg zu einem schwarzen Loch strahlt Wärme (auch genannt Thermodynamik) beginnt eine Argumentationslinie, die nicht ganz den ganzen Weg bis zum Ende nicht funktioniert. In der Mitte des Beweises ist es eine Trennung, weil keine Theorie der Quantengravitation, was existiert, die erste Hälfte seiner Argumentation (basierend auf der allgemeinen Relativitätstheorie) erlauben würde, mit der zweiten Hälfte seiner Argumentation (basierend auf Quantenmechanik) zu verbinden.
Der Grund für die Trenn ist, dass eine detaillierte Analyse der Thermodynamik eines schwarzen Lochs Durchführung beinhaltet alle möglichen Quantenzustände des Schwarzen Lochs zu untersuchen. Aber Schwarze Löcher sind mit der allgemeinen Relativitätstheorie beschrieben, die sie so glatt behandelt - nicht Quanten - Objekte. Ohne eine Theorie der Quantengravitation, scheint es keine Möglichkeit zu sein, die spezifischen thermodynamischen Natur eines Schwarzen Lochs zu analysieren.
In Hawkings Papier wurde diese Verbindung mittels seiner Intuition gemacht, aber nicht in dem Sinne, dass die meisten von uns wahrscheinlich Anschauungs denken. Die intuitive Sprung nahm er war in präzisen mathematischen Formeln vorzuschlagen, die so genannte Graukörper- Faktoren, auch wenn er nicht unbedingt konnte beweisen, woher sie kamen.
Die meisten Physiker einig, dass Hawking Interpretation Sinn macht, sondern eine Theorie der Quantengravitation würde zeigen, ob eine genauere Verfahren den Ort seiner intuitiven Schritt nehmen konnte.
Die String-Theorie kann das Argument vervollständigen
Arbeit von Andrew Strominger und Cumrun Vafa über die Thermodynamik von schwarzen Löchern wird von vielen Stringtheoretiker als stärkste Beweis für die String-Theorie gesehen. Durch das Studium ein Problem, das mathematisch äquivalent zu schwarzen Löchern ist - ein Dual-Problem - sie genau das schwarze Loch der thermodynamischen Eigenschaften in einer Weise berechnet, die Hawkings Analyse abgestimmt.
Manchmal, anstatt ein Problem direkt zu vereinfachen, können Sie eine erstellen duale Problem, die im Wesentlichen identisch mit dem Sie versuchen zu lösen, ist aber viel einfacher zu handhaben. Strominger und Vafa verwendet diese Taktik im Jahr 1996 die Entropie in einem schwarzen Loch zu berechnen.
In ihrem Fall, stellten sie fest, dass das duale Problem eines schwarzen Lochs eine Sammlung von 1-branes und 5-branes beschrieben. Diese # 147-bran Konstruktionen # 148- sind Objekte, die in Bezug auf die Quantenmechanik definiert werden können. Sie fanden heraus, dass die Ergebnisse genau mit dem Ergebnis Hawking vor 20 Jahren angepasst erwartet.
Nun, bevor Sie zu aufgeregt, die Strominger und Vafa nur die Ergebnisse der Arbeit für bestimmte sehr spezifische Arten von Schwarzen Löchern, die so genannte extremal schwarze Löcher. Diese extremal schwarze Löcher haben die maximale Menge an elektrischen oder magnetischen Ladung, ohne dass das schwarze Loch instabil ist erlaubt. Ein extremal schwarzes Loch hat die ungerade Eigenschaft der Entropie besitzen, aber keine Wärme oder Temperatur. (Entropie ist ein Maß für die Störung, die oft im Zusammenhang mit Energie zu erwärmen, innerhalb eines physikalischen Systems.)
Zugleich Strominger und Vafa wurden ihre Berechnungen, Princeton Student Juan Maldacena wurde Bewältigung das gleiche Problem (zusammen mit Doktorvater Curt Callan). Innerhalb weniger Wochen von Strominger und Vafa, hatten sie die Ergebnisse bestätigt und die Analyse auf schwarze Löcher erweitert, die fast extremal. Auch hier hält die Beziehung recht gut zwischen diesen bran Konstruktionen und schwarze Löcher auf, und liefert die bran Konstruktionen Analyse Hawking die Ergebnisse für schwarze Löcher erwartet. Weitere Arbeiten hat diese Arbeit erweitert, um noch mehr verallgemeinert Fälle von schwarzen Löchern.
Um diese Analyse an die Arbeit, hat die Schwerkraft auf Null abgelehnt werden, was sicherlich seltsam im Fall eines schwarzen Lochs scheint, das ist ganz wörtlich, definiert durch die Schwerkraft. Drehen der Schwerkraft ab benötigt, um die Gleichungen zu vereinfachen und die Beziehung erhalten. String-Theoretiker vermuten, dass durch die Schwerkraft wieder Hochfahren Sie mit einem schwarzen Loch landen würde, aber der String-Theorie Skeptiker weisen darauf hin, dass ohne Schwerkraft Sie nicht wirklich ein schwarzes Loch haben.
Dennoch kann selbst ein Skeptiker nicht umhin zu denken, dass es zwischen den bran Konstruktionen und den schwarzen Löchern, weil sie beide folgen der Hawking Thermodynamik-Analyse erstellt vor 20 Jahren eine Art von Beziehung sein muss. Was noch erstaunlicher ist, dass die String-Theorie wurde nicht dieses spezielle Problem zu lösen, entwickelt, doch es tat. Die Tatsache, dass das Ergebnis fällt aus der Analyse ist beeindruckend, gelinde gesagt.