นิวออร์ลีนส์ — หลุมดำและซุปเปอร์ฟลูอิดสร้างมาเพื่อเพื่อนร่วมเตียงที่แปลกประหลาด: หลุมหนึ่งมีชื่อเสียงในด้านความหนาแน่นที่แสงไม่สามารถหลบหนีได้ และอีกอันเป็นของเหลวแปลกประหลาดที่ไหลโดยไม่เสียดสี แต่การจำลองด้วยคอมพิวเตอร์แบบใหม่ยืนยันว่าซุปเปอร์ฟลูอิดฮีเลียมเป็นไปตามกฎที่ผิดปกติซึ่งเป็นที่รู้จักจากหลุมดำ ซึ่งเป็นกฎที่มีความสำคัญอย่างลึกลับสำหรับฟิสิกส์
นักวิทยาศาสตร์ได้แสดงให้เห็นว่าเอนโทรปี
ซึ่งเป็นหน่วยวัดของข้อมูลที่มีอยู่ในระบบ มีพฤติกรรมต่อต้านสัญชาตญาณในซุปเปอร์ฟลูอิดฮีเลียม เอนโทรปีเติบโตในอัตราเดียวกับพื้นที่ผิวของซุปเปอร์ฟลูอิดฮีเลียม แทนที่จะเป็นปริมาตร — เลียนแบบว่าเอนโทรปีของหลุมดำเติบโตอย่างไรเมื่อมันดูดกลืนสสารและขยายตัว นี่เป็นครั้งแรกที่ปรากฏการณ์ที่เรียกว่า “กฎพื้นที่” แสดงให้เห็นในการจำลองสถานะของสสารที่เกิดขึ้นตามธรรมชาติ นักฟิสิกส์รายงานผลในวันที่ 14 มีนาคมในการประชุม American Physical Society และ 13 มีนาคมในNature Physics
คริสโตเฟอร์ เฮิร์ดแมน นักฟิสิกส์จากมหาวิทยาลัยวอเตอร์ลูในแคนาดากล่าวว่า “หากคุณเพิ่มขนาดกล่องเป็นสองเท่า คุณก็คาดหวังว่าจะสามารถเพิ่มปริมาณข้อมูลในกล่องนั้นได้เป็นสองเท่า” แต่นั่นไม่ใช่กรณีของหลุมดำ ความคืบหน้าไปสู่ทฤษฎีที่รวมกลศาสตร์ควอนตัมและทฤษฎีสัมพัทธภาพทั่วไปซึ่งเป็นปัญหาที่ยังคงมีหนามอยู่ ทำให้นักฟิสิกส์หลายคนเชื่อว่าหลุมดำทำตามกฎพื้นที่แทน
เพื่อแสดงกฎหมายใน superfluid Herdman และเพื่อนร่วมงานได้สร้างการจำลองด้วยคอมพิวเตอร์ของฮีเลียม ไอโซโทปที่พวกเขาศึกษาคือ ฮีเลียม-4 เป็นสิ่งเดียวกับที่ทำให้ลูกโป่งวันเกิดสูงขึ้น และมันจะกลายเป็นของไหลยิ่งยวดที่อุณหภูมิต่ำกว่า 2 เคลวิน (–271° องศาเซลเซียส)
ในการจำลอง นักวิจัยติดตามการพัวพันของอะตอมฮีเลียม — การ เชื่อมโยงควอนตัม ที่พันอนุภาค ภายใน superfluid นักวิทยาศาสตร์ได้เลือกทรงกลมจินตภาพของวัสดุ และศึกษาการพัวพันระหว่างอะตอมภายในทรงกลมกับสิ่งภายนอก ความพัวพันนั้นก่อให้เกิดเอนโทรปีชนิดหนึ่งในซุปเปอร์ฟลูอิด เมื่อนักวิจัยเพิ่มขนาดของทรงกลมนั้น เอนโทรปีของการพัวพันก็เพิ่มขึ้นเช่นกัน อัตราการเพิ่มขึ้นตรงกับการเพิ่มขึ้นของพื้นที่ผิวของทรงกลม ซึ่งเติบโตช้ากว่าปริมาตรของทรงกลม
ทรงกลมซุปเปอร์ฟลูอิดนั้นคล้ายคลึงกับขอบฟ้าเหตุการณ์ของหลุมดำ
ซึ่งเป็นบริเวณที่ไม่หวนกลับรอบๆ หลุมดำ ซึ่งเกินกว่าที่แสงจะหลบหนีออกไปไม่ได้ ในหลุมดำ อนุภาคที่อยู่ด้านหนึ่งของขอบฟ้าเหตุการณ์สามารถเข้าไปพัวพันกับอนุภาคที่อยู่อีกด้านหนึ่ง ทำให้เกิดเอนโทรปีการพัวพันในลักษณะเดียวกัน
นักฟิสิกส์ Joe Serene จากมหาวิทยาลัยจอร์จทาวน์ในกรุงวอชิงตัน ดี.ซี. กล่าวว่า “ฉันคิดว่ามันเป็นผลลัพธ์ที่น่าสนใจ” แต่การที่จะก้าวหน้าจากการจำลองไปสู่การวัดเอนโทรปีเอนโทรปีในฮีเลียมในชีวิตจริงอาจเป็นเรื่องยาก “ยังคงต้องชัดเจนว่าพวกเขาสามารถออกจากระบบทดลองจริงได้มากแค่ไหน” Serene กล่าว
กฎหมายพื้นที่นี้มีความสำคัญเกินปกติในวิชาฟิสิกส์ การตระหนักว่าเอนโทรปีของหลุมดำเป็นสัดส่วนกับพื้นที่ผิวของมัน นำไปสู่หลักการโฮโลแกรม แนวคิดที่ว่าข้อมูลภายในพื้นที่ของอวกาศอาจทำซ้ำได้อย่างสมบูรณ์บนพื้นผิวของมัน ( SN Online: 9/8/14 ) นักวิทยาศาสตร์หวังว่าแนวคิดนี้จะนำไปสู่ทฤษฎีความโน้มถ่วงควอนตัมเต็มรูปแบบ ซึ่งรวมฟิสิกส์ของวัตถุขนาดเล็กมากเข้ากับแรงโน้มถ่วงขนาดใหญ่
ยิ่งไปกว่านั้น นักวิทยาศาสตร์บางคนในตอนนี้เชื่อว่าโครงสร้างของกาลอวกาศอาจเป็นผลมาจากการพัวพันของควอนตัม ( SN: 5/31/14, p. 16 ) ซึ่งเป็นแนวคิดที่เติบโตจากกฎพื้นที่เช่นกัน
นักฟิสิกส์ Markus Greiner จาก Harvard University กล่าวว่า “Entanglement Entropy เป็นแนวคิดที่ประสบความสำเร็จในหลาย ๆ ด้านของฟิสิกส์ “ปัญหาใหญ่คือไม่มีใครรู้วิธีวัดผลใน … ระบบในโลกแห่งความเป็นจริง”
credit : naturalbornloser.net niceneasyphoto.com olivierdescosse.net olkultur.com patrickgodschalk.com
