В Сколтехе команда учёных во главе с профессором Анатолием Дымарским исследует тепловые явления в квантовых системах, обладающих повышенной симметрией.
Ученые выяснили, что переход черных дыр к состоянию теплового равновесия похож на процессы, происходящие с квантовыми системами, независимо от действия гравитации. Physical Review Letters.
Черные дыры занимают особое место в современной физике. Чтобы изучить эти объекты, требуется учитывать как квантовые явления, так и . Общей теории относительности Эйнштейна.
Согласно квантовой механике, черные дыры должны вести себя как другие квантовые системы. Впрочем, во многих случаях это вызывает трудности с точки зрения Общей теории относительности. Поэтому вопрос о понимании квантовой механики черных дыр остается открытым и является источником так называемого информационного парадокса. Понимание этого парадокса может помочь в осмыслении главных принципов квантовой гравитации.
Как черные дыры достигают термодинамического равновесия, волнует ученых. В новой работе исследователи Сколтеха продемонстрировали, что в этом процессе черные дыры не отличаются от обычной квантовой материи. Возникновение равновесия можно объяснить тем же механизмом, что и в обычном случае.
Теоретические методы, такие как голографическая дуальность, позволили начать изучать черные дыры. Голографическая дуальность позволяет описывать квантовую гравитацию через динамику обычных квантовых систем. Ученые считают, что поведение черных дыр и квантовой гравитации в целом может быть объяснено с помощью обычной квантовой механики, хотя дополнительные исследования всё ещё необходимы.
Опубликованная работа проливает свет на процесс термализации многочастичных квантовых систем с симметриями. Известно, что изолированные квантово-механические системы можно описать с помощью равновесной статистической механики. Точное математическое утверждение, обеспечивающее такое описание, называется гипотезой термализации собственного состояния. Доказательств этой гипотезы пока нет.
Авторы статьи частично устраняют этот пробел. «Насколько нам известно, наша работа стала первым аналитическим доказательством гипотезы термализации собственного состояния в трансляционно-инвариантных системах, тогда как все предыдущие работы по данной теме основывались на численном анализе. Мы считаем, что основные выводы и техника вычислений, разработанные в рамках нашей работы, представляют большой интерес», — объясняет профессор Анатолий Дымарский из Центра энергетических наук и технологий Сколтеха.
