Teoria das Cordas ea termodinâmica de um buraco negro
Quando Stephen Hawking descreveu a radiação de Hawking emitida por um buraco negro, ele teve que usar sua intuição física e matemática, porque a física quântica ea relatividade geral não estão reconciliados. Um dos maiores sucessos da teoria das cordas é em oferecer uma descrição completa de (alguns) buracos negros.
Hawking radiação ocorre quando a radiação é emitida a partir de um buraco negro, fazendo-a perder massa. Eventualmente, o buraco negro evapora em nada (ou quase nada).
argumento incompleto de Stephen Hawking
O trabalho de Hawking sobre a forma como um buraco negro irradia calor (também chamados de termodinâmica) começa uma linha de raciocínio que não funciona muito bem todo o caminho até o fim. No meio da prova há uma desconexão, porque nenhuma teoria da gravidade quântica existe que permitiria que a primeira metade do seu raciocínio (com base na relatividade geral) para se conectar com a segunda metade de seu raciocínio (com base na mecânica quântica).
A razão para a desconexão é que a realização de uma análise termodinâmica detalhada de um buraco negro envolve examinando todos os possíveis estados quânticos do buraco negro. Mas os buracos negros são descritos com a relatividade geral, que os trata como suave - não quântico - objetos. Sem uma teoria quântica da gravidade, não parece haver nenhuma maneira de analisar a natureza termodinâmica específica de um buraco negro.
No papel de Hawking, esta ligação foi feita por meio de sua intuição, mas não no sentido de que a maioria de nós provavelmente pensar de intuição. O salto intuitivo ele tomou foi em propor fórmulas matemáticas precisas, chamado fatores greybody, mesmo que ele não poderia absolutamente provar de onde vieram.
A maioria dos físicos concorda que a interpretação de Hawking faz sentido, mas uma teoria da gravidade quântica iria mostrar se um processo mais preciso poderia tomar o lugar de seu passo intuitiva.
A teoria das cordas pode completar o argumento
Trabalho por Andrew Strominger e Cumrun Vafa sobre a termodinâmica dos buracos negros é visto por muitos teóricos das cordas como a evidência mais forte em apoio da teoria das cordas. Ao estudar um problema que é matematicamente equivalente a buracos negros - um duplo problema - eles calcularam com precisão propriedades termodinâmicas do buraco negro de uma forma que combinava com a análise de Hawking.
Às vezes, em vez de simplificar um problema diretamente, você pode criar um duplo problema, que é essencialmente idêntico ao que você está tentando resolver, mas é muito mais simples de manusear. Strominger e Vafa usado essa tática em 1996 para calcular a entropia de um buraco negro.
No caso deles, eles descobriram que o problema dual de um buraco negro descrito um conjunto de 1-branas e 5-branas. Estes Número 147-brana construções # 148- são objetos que podem ser definidas em termos de mecânica quântica. Eles descobriram que os resultados encontrados precisamente com o resultado Hawking antecipado 20 anos antes.
Agora, antes de você ficar muito animado, o Strominger e Vafa resulta único trabalho para certos tipos muito específicos de buracos negros, chamados buracos negros extremos. Esses buracos negros extremos têm a quantidade máxima de carga elétrica ou magnética que é permitido sem fazer o buraco negro instável. Um buraco negro extremo tem a propriedade ímpar de posse de entropia, mas nenhum calor ou temperatura. (A entropia é uma medida da desordem, muitas vezes relacionados com a energia de calor, dentro de um sistema físico.)
Ao mesmo tempo Strominger e Vafa estavam realizando seus cálculos, estudante Princeton Juan Maldacena foi enfrentar o mesmo problema (juntamente com orientador de tese Curt Callan). Dentro de algumas semanas de Strominger e Vafa, que tinha confirmado os resultados e estendeu a análise de buracos negros que são quase extremal. Mais uma vez, a relação mantém-se muito bem entre estas construções brana e buracos negros, e analisar as construções brana produz os resultados Hawking previsto para buracos negros. Prossecução do trabalho se expandiu esse trabalho ainda mais generalizada casos de buracos negros.
Para obter esta análise ao trabalho, a gravidade tem de ser virado para baixo a zero, o que certamente parece estranho no caso de um buraco negro que é, literalmente, definido pela gravidade. Desligar a gravidade é necessária para simplificar as equações e obter a relação. Os teóricos das cordas conjecturar que pela elevação de a gravidade novamente, você iria acabar com um buraco negro, mas os céticos teoria das cordas salientar que sem a gravidade que você realmente não tem um buraco negro.
Ainda assim, mesmo um cético não pode ajudar, mas acho que deve haver algum tipo de relação entre as construções brana e os buracos negros, porque ambos seguem a análise termodinâmica Hawking criada 20 anos antes. O que é ainda mais surpreendente é que a teoria das cordas não foi projetado para resolver este problema específico, mas ele fez. O fato de que o resultado cai fora da análise é impressionante, para dizer o mínimo.