Część 1
Jedynym problemem jest zaakceptowanie tej teorii jako fizycznej, jest ona zbyt matematyczna. Czemu?
Ponieważ zawdzięcza swój wygląd jednej prostej funkcji - funkcja beta Eulera nie jest tak złożona, jak się wydaje na pierwszy rzut oka. Ta funkcja jest badana w toku analizy matematycznej.
Dlaczego więc właśnie ta funkcja była początkiem tak dużej i zagmatwanej teorii?
Funkcja beta Eulera (wykres funkcji beta z rzeczywistymi argumentami).
W 1968 roku młody włoski fizyk teoretyczny Gabriele Veneziano próbował opisać, jak oddziałują na siebie cząstki jądra atomowego: protony i neutrony. Naukowiec miał genialne przypuszczenie. Zdał sobie sprawę, że wszystkie liczne właściwości cząstek w atomie można opisać jednym wzorem matematycznym (funkcja beta Eulera). Został wynaleziony dwieście lat temu przez szwajcarskiego matematyka Leonarda Eulera i opisał całki w analizie matematycznej.
Veneziano użył go w swoich obliczeniach, ale nie rozumiał, dlaczego zajmuje się tą dziedziną fizyki. Fizyczne znaczenie formuły odkryli w 1970 roku amerykańscy naukowcy Yoichiro Nambu, Leonard Susskind, a także ich duński kolega Holger Nielsen. Zasugerowali, że cząstki elementarne to małe wibrujące jednowymiarowe struny, mikroskopijne pasma energii. Naukowcy argumentowali, że jeśli struny te są tak małe, nadal będą wyglądać jak cząsteczki punktowe, a zatem nie wpłyną na wyniki eksperymentów. Tak powstała teoria strun.
Filozofowie od dawna spierają się o to, czy wszechświat ma określone pochodzenie, czy też zawsze istniał. Ogólna teoria względności implikuje skończoność „życia” Wszechświata - rozszerzający się Wszechświat powinien był powstać w wyniku Wielkiego Wybuchu.
Film promocyjny:
Jednak na samym początku Wielkiego Wybuchu teoria względności nie działała, ponieważ wszystkie procesy zachodzące w tym momencie miały charakter kwantowy. W teorii strun, która twierdzi, że jest kwantową teorią grawitacji, wprowadza się nową podstawową stałą fizyczną - minimalny kwant długości (czyli w istocie najkrótszą długość). W rezultacie stary scenariusz Wszechświata zrodzonego w Wielkim Wybuchu staje się nie do utrzymania.
Przestrzeń na poziomie kwantowym.
Struny to najmniejsze obiekty we Wszechświecie, których rozmiar jest porównywalny z długością Plancka (10–33 cm). Zgodnie z teorią strun jest to minimalna długość, jaką może mieć obiekt we wszechświecie.
Wielki Wybuch nadal miał miejsce, ale gęstość materii w tym momencie nie była nieskończona, a wszechświat mógł istnieć przed nim. Symetria teorii strun sugeruje, że czas nie ma początku ani końca. Wszechświat mógł powstać prawie pusty i uformować się w czasie Wielkiego Wybuchu lub przejść kilka cykli śmierci i odrodzenia. W każdym razie epoka przed Wielkim Wybuchem miała ogromny wpływ na nowoczesną przestrzeń.
W naszym rozszerzającym się wszechświecie galaktyki rozpraszają się jak rozpraszający się tłum. Oddalają się od siebie z prędkością proporcjonalną do odległości między nimi: galaktyki, oddalone od siebie o 500 milionów lat świetlnych, rozpraszają się dwa razy szybciej niż galaktyki oddalone o 250 milionów lat świetlnych. Zatem wszystkie obserwowane przez nas galaktyki powinny zacząć się jednocześnie z tego samego miejsca w czasie Wielkiego Wybuchu. Dzieje się tak nawet wtedy, gdy ekspansja kosmiczna przechodzi przez okresy przyspieszania i zwalniania. Na diagramach czasu i przestrzeni galaktyki poruszają się po krętych ścieżkach do i od obserwowalnej części przestrzeni (żółty klin). Jednak nie wiadomo jeszcze dokładnie, co stało się w momencie, gdy galaktyki (lub ich poprzedniczki) zaczęły się rozpadać.
Historia Wszechświata.
W standardowym modelu Wielkiego Wybuchu (na zdjęciu po lewej), opartym na ogólnej teorii względności, odległość między dowolnymi dwiema galaktykami w pewnym momencie naszej przeszłości wynosiła zero. Do tego czasu czas jest bez znaczenia.
A w modelach, które uwzględniają efekty kwantowe (na rysunku po prawej), w momencie startu dowolne dwie galaktyki były oddzielone pewną minimalną odległością. Takie scenariusze nie wykluczają możliwości istnienia Wszechświata przed Wielkim Wybuchem.
Część 2
A teraz spróbuję wam wyjaśnić, dlaczego istnieje tak wiele teorii strun: teoria strun, superstruny, teoria M.
Więcej szczegółów na temat każdej z teorii:
Teoria strun:
Jak już wiecie, teoria strun jest teorią czysto matematyczną, która mówi, że wszystko w naszym świecie (i nie w naszym też) jest konsekwencją „drgań” mikroskopijnych obiektów rzędu długości Plancka.
Być może cała materia jest zrobiona ze sznurków.
Właściwości struny przypominają strunę skrzypiec. Każda struna może wytwarzać ogromną (właściwie nieskończoną) liczbę różnych wibracji, zwanych wibracjami rezonansowymi. Są to wibracje, w których odległość między maksimami i minimami jest taka sama, a dokładnie jest to całkowita liczba maksimów i minimów pasujących między ustalonymi końcami struny. Na przykład ludzkie ucho odbiera wibracje rezonansowe jako różne nuty muzyczne. Struny mają podobne właściwości w teorii strun. Mogą przeprowadzać oscylacje rezonansowe, w których na długości strun mieści się dokładnie całkowita liczba równomiernie rozłożonych maksimów i minimów. W ten sam sposób, w jaki różne tryby (zestaw typów drgań harmonicznych typowych dla układu oscylacyjnego) drgań rezonansowych strun skrzypcowych dają początek różnym nutom muzycznym,różne mody drgań podstawowych strun powodują powstanie różnych mas i stałych sprzężenia.
Zgodnie ze specjalną teorią względności energia i masa (E jest równe kwadratowi em tse:) to dwie strony tej samej monety: im więcej energii, tym więcej masy i odwrotnie. Zgodnie z teorią strun, masa cząstki elementarnej jest określona przez energię drgań wewnętrznej struny tej cząstki. Wewnętrzne struny cięższych cząstek wibrują intensywniej, podczas gdy struny lekkich cząstek wibrują mniej intensywnie.
Co najważniejsze, charakterystyka jednego z modów strun jest dokładnie taka sama jak charakterystyka grawitonu, co zapewnia, że grawitacja jest integralną częścią teorii strun.
Nie chcę na razie wdawać się w szczegóły dotyczące „geometrii” strun, powiem tylko, że bezmasowe cząstki, które mogą być fotonami, pochodzą z wibracji otwartych lub zamkniętych strun. Grawitony pochodzą wyłącznie z wibracji zamkniętych strun lub pętli. Łańcuchy oddziałują ze sobą, tworząc pętle. Większe cząstki (kwarki, elektrony) powstają z tych pętli. Masa tych cząstek zależy od energii uwalnianej przez pętlę podczas drgań.
W teorii strun mogą istnieć tylko dwie podstawowe stałe (w innych teoriach stałych jest o wiele więcej, nawet te najbardziej fundamentalne. Na przykład Model Standardowy wymaga 26 stałych). Jeden, zwany napięciem struny, opisuje, ile energii przypada na jednostkę długości struny. Druga, nazywana stałą sprzężenia struny, to liczba wskazująca prawdopodobieństwo zerwania struny na dwie struny, wywołując odpowiednio siły; ponieważ jest to prawdopodobieństwo, jest to tylko liczba, brak jednostek wymiarowych.
Teoria superstrun:
Wszystko, co trzeba wiedzieć i zrozumieć z tego wyrażenia, to to, że teoria ta jest uogólnioną teorią strun. W tej teorii wszystko rozpatrywane jest z punktu widzenia supersymetrii - … ALE!
Zanim przejdziemy do omówienia supersymetrii, przypomnijmy sobie pojęcie spinu. Spin to wewnętrzny moment pędu właściwy dla każdej cząstki. Jest mierzona w jednostkach stałej Plancka i może być w całości lub w połowie. Spin jest właściwością wyłącznie mechaniki kwantowej i nie można go przedstawić z klasycznego punktu widzenia. Naiwna próba interpretacji cząstek elementarnych jako małych „kulek”, a wirowania jako ich rotacji, jest sprzeczna ze szczególną teorią względności, ponieważ punkty na powierzchni kulek muszą wtedy poruszać się szybciej niż światło. Elektrony mają spin 1/2, fotony mają spin 1.
Supersymetria to symetria między cząstkami o spinie całkowitym i półcałkowitym.
Krótko mówiąc, polega na konstruowaniu teorii, których równania nie zmieniają się, gdy pola o spinie całkowitoliczbowym są przekształcane w pola o spinie półcałkowitym i odwrotnie. Od tamtej pory napisano tysiące artykułów, wszystkie modele kwantowej teorii pola poddano supersymetrii, a także opracowano nowy aparat matematyczny, który umożliwia budowanie teorii supersymetrycznych.
Cząstki znane w przyrodzie, zgodnie z ich spinem, są podzielone na bozony (cały spin) i fermiony (pół-całkowity spin). Pierwsze cząstki są nośnikami oddziaływań, na przykład foton przenoszący oddziaływania elektromagnetyczne, gluon przenoszący silne siły jądrowe oraz grawiton przenoszący siły grawitacyjne. Drugi składa się z materii, z której jesteśmy stworzeni, takiej jak elektron lub kwark.
Fermiony (cząstki zgodne ze statystyką Fermi-Diraca) i bozony (cząstki zgodne ze statystyką Bosego-Einsteina) mogą współistnieć w tym samym układzie fizycznym. Taki system będzie miał szczególny rodzaj symetrii - tak zwaną supersymetrię, która odwzorowuje bozony na fermiony i odwrotnie. To oczywiście wymaga równej liczby bozonów i fermionów, ale warunki zaistnienia supersymetrii nie ograniczają się do tego. Systemy supersymetryczne żyją w nadprzestrzeni. Nadprzestrzeń jest uzyskiwana ze zwykłej czasoprzestrzeni, gdy dodawane są do niej współrzędne fermionowe. W sformułowaniu supersymetrii transformacje supersymetrii wyglądają jak obroty i translacje w zwykłej przestrzeni. A żyjące w nim cząstki i pola są reprezentowane przez zbiór cząstek lub pól w zwykłej przestrzeni, a taki zbiór,w którym stosunek ilościowy bozonów i fermionów jest ściśle określony, a także niektóre z ich cech (głównie spinów). Pola cząstek zawarte w takim zestawie nazywane są superpartnerami.
Tak więc konwencjonalna teoria strun opisywała tylko cząstki będące bozonami, dlatego nazwano ją bozonową teorią strun. Ale nie opisała fermionów. Dlatego na przykład kwarki i elektrony nie zostały uwzględnione w bozonowej teorii strun.
Ale dodając supersymetrię do bozonowej teorii strun, otrzymaliśmy nową teorię, która opisuje zarówno siły, jak i materię tworzącą wszechświat. Nazywa się to teorią superstrun.
Istnieją trzy różne teorie superstrun, które mają sens, tj. bez matematycznych niespójności. W dwóch z nich podstawowym obiektem jest zamknięty ciąg, podczas gdy w trzecim otwarty ciąg jest blokiem konstrukcyjnym. Co więcej, łącząc najlepsze aspekty bozonowej teorii strun i teorii superstrun, otrzymaliśmy spójne teorie strun - heterotyczne teorie strun.
Zatem superstruna jest supersymetryczną struną, to znaczy nadal jest struną, ale nie żyje w naszej zwykłej przestrzeni, ale w superprzestrzeni.
TEORIA M:
W połowie lat osiemdziesiątych teoretycy doszli do wniosku, że supersymetrię, która jest kluczowa dla teorii strun, można włączyć do niej nie na jeden, ale na pięć różnych sposobów, prowadząc do pięciu różnych teorii: typu I, typu IIA i IIB oraz dwóch heterotycznych. teorie strun. Ze względów zdrowego rozsądku (2 wersje tego samego prawa fizycznego nie mogą działać jednocześnie) uważano, że tylko jedna z nich może rościć sobie rolę „teorii wszystkiego”, a ponadto taka, która przy niskich energiach i zwartej (tj. rozmiary długości Plancka.
Okazuje się, że po prostu obserwujemy nasz 4-wymiarowy Wszechświat bez tych 6 wymiarów, których po prostu nie widzimy) sześć dodatkowych wymiarów byłoby zgodnych z rzeczywistymi obserwacjami. Pozostały pytania, która teoria jest bardziej adekwatna i co zrobić z pozostałymi czterema teoriami.
Esencja:
Jeśli w tym przypadku rozmiar zwartego wymiaru okaże się być rzędu rozmiarów strun (10 do -33 stopni centymetra), to ze względu na mały wymiar tego wymiaru po prostu nie możemy go bezpośrednio zobaczyć. Ostatecznie otrzymamy naszą (3 + 1) -wymiarową przestrzeń, w której maleńka 6-wymiarowa przestrzeń odpowiada każdemu punktowi naszego 4-wymiarowego Wszechświata.
Badania wykazały, że ten naiwny pogląd jest błędny. W połowie lat 90. Edward Witten i inni fizycy teoretyczni znaleźli mocne dowody na to, że wszystkie pięć teorii superstrun jest ze sobą ściśle powiązanych, będąc różnymi ograniczającymi przypadkami pojedynczej 11-wymiarowej teorii fundamentalnej. Ta teoria nazywa się teorią M.
Kiedy Witten nadał nazwę M-teoria, nie sprecyzował, co oznacza M, prawdopodobnie dlatego, że nie czuł prawa do nazwania teorii, której nie mógł w pełni opisać. Założenia dotyczące tego, co może oznaczać M, stały się grą wśród fizyków teoretycznych. Niektórzy mówią, że M oznacza „mistyczny”, „magiczny” lub „matkę”. Poważniejsze założenia to „Matryca” i „Membrana”. Ktoś zauważył, że M może być odwróconą literą W - pierwszą literą imienia Witten (Witten). Inni sugerują, że M w teorii M powinno oznaczać brakujący lub nawet mętny.
Rozwój 11-wymiarowej teorii M pozwolił fizykom spojrzeć poza okres, przed którym nastąpił Wielki Wybuch.
Branże w 10-11 wymiarowej przestrzeni zderzają się i tworzą Wielki Wybuch na * powierzchni * bran …
Powstała teoria, zgodnie z którą nasz wszechświat jest konsekwencją zderzenia obiektów w innym wszechświecie, które z kolei mogą być niezliczone. Zatem ujawnienie jednego pytania doprowadziło do pojawienia się jeszcze większej liczby pytań.
Naukowcy przyjęli teorię M jako teorię wszystkiego. Oznacza to, że ta teoria nadaje się do wyjaśnienia wszystkiego: jak narodził się Wszechświat, co było przed narodzinami naszego Wszechświata, odpowiada na pytanie o istnienie czasu przed narodzinami Wszechświata (czas istniał jeszcze przed narodzinami Wszechświata), ujawnia przyszłość Wszechświata.
Część 3
Otwory na sznurki:
Obecnie ogólnie przyjęta teoria czarnych dziur, wysunięta czterdzieści lat temu przez fizyka Johna Wheelera, mówi, że po „wypaleniu się” gwiazdy jej pozostałości są ściskane z taką siłą, że siła przyciągania przewyższa siłę odpychania, w wyniku czego pozostaje osobliwość: punkt w przestrzeni, w którym znajduje się materia. w stanie „nieskończonej gęstości”. Osobliwość otacza tzw. „Horyzont zdarzeń”, hipotetyczna granica, która nie jest w stanie pokonać zawartej w niej materii i energii. Są „wciągnięci” w czarną dziurę i pozostają w niej na zawsze.
Przedstawienie czarnej dziury.
To „na zawsze” rodzi pytania.
W 1975 roku największy teoretyk czarnych dziur Stephen Hawking z University of Cambridge ustalił (choć tylko teoretycznie), że czarne dziury powoli, ale nieuchronnie wyparowują. Zgodnie z prawami mechaniki kwantowej, w pustej przestrzeni nieustannie gotują się pary „wirtualnych” cząstek i antycząstek. Hawking wykazał, że energia grawitacyjna czarnych dziur może być przenoszona na „wirtualne” cząstki na samym horyzoncie zdarzeń. W tym przypadku „wirtualne” cząstki stają się rzeczywiste i wychodzą poza horyzont wraz z pozytywną energią w postaci promieniowania Hawkinga. Tak więc z czasem czarna dziura wyparowuje.
Temperatura promieniowania Hawkinga (promieniowanie w pobliżu horyzontu zdarzeń czarnej dziury z widmem termicznym):
Temperatura promieniowania czarnej dziury
gdzie jest stała Plancka, c to prędkość światła w próżni, k to stała Boltzmanna, G to stała grawitacji, a na koniec M to masa czarnej dziury. Na przykład łatwo obliczyć, że czarna dziura o masie 2 * 10 ^ 30 kg (masa Słońca) będzie miała temperaturę promieniowania równą 6,135 * 10 ^ (- 8) Kelwinów. Jest to bardzo niska temperatura, nawet w porównaniu z promieniowaniem tła Wszechświata o temperaturze 2,7 Kelvina.
Ale temperatury znanych astronomom czarnych dziur są zbyt niskie, aby wykryć z nich promieniowanie - masy dziur są zbyt duże. Dlatego efekt nie został jeszcze potwierdzony obserwacjami.
Jednak pogląd ten prowadzi do „paradoksu informacyjnego”. Okazuje się, że zgodnie z teorią względności informacje o materii wpadającej do czarnej dziury są tracone, podczas gdy mechanika kwantowa twierdzi, że informacja może ostatecznie uciec na zewnątrz.
Hawking zauważył, że chaotyczna natura promieniowania Hawkinga oznacza, że energia się wybucha, ale informacja nie. Jednak w 2004 roku zmienił zdanie - i jest to tylko jeden z punktów współczesnej nauki, zmieniających wszystkie swoje poglądy na temat czarnych dziur.
Faktem jest, że obecnie teoretycy próbują „wypróbować” teorię strun na czarnych dziurach (i wszystkich teoretycznych rozbieżnościach z nimi związanych). Teoria strun jest obecnie najlepszą próbą połączenia ogólnej teorii względności i mechaniki kwantowej, ponieważ same struny przenoszą siłę grawitacji, a ich wibracje są losowe, zgodnie z przewidywaniami mechaniki kwantowej.
W 1996 roku Andrew Strominger i Kamran Wafa z Uniwersytetu Harvarda postanowili podejść do problemu paradoksu informacyjnego, definiując sposób, w jaki czarna dziura może zostać zbudowana od wewnątrz.
Okazało się, że teoria strun pozwala na konstruowanie niezwykle gęstych i niewielkich rozmiarów struktur z samych strun oraz innych obiektów opisanych w teorii, z których niektóre mają więcej niż trzy wymiary. Struktury te zachowywały się jak czarne dziury: ich przyciąganie grawitacyjne nie uwalnia światła.
Liczba sposobów organizowania strun wewnątrz czarnych dziur jest przytłaczająca. I, co jest szczególnie interesujące, ta wartość całkowicie pokrywa się z wartością entropii czarnej dziury, którą Hawking i jego kolega Bekenstein obliczyli jeszcze w latach siedemdziesiątych.
Jednak określenie liczby możliwych kombinacji ciągów to nie wszystko. W 2004 roku zespół Samir Matura z Ohio State University postanowił wyjaśnić możliwy układ strun wewnątrz czarnej dziury. Okazało się, że prawie zawsze struny są tak połączone, że tworzą jedną - dużą i bardzo elastyczną - strunę, ale znacznie większą niż osobliwość punktowa.
Grupa maturalna obliczyła fizyczne wymiary kilku „sznurkowych” czarnych dziur (które członkowie grupy wolą nazywać fuzzballami - „puszystymi kulkami” lub nitkowatymi gwiazdami - „gwiazdami ze sznurka”). Byli zaskoczeni stwierdzeniem, że rozmiar tych formacji strun pokrywa się z rozmiarem „horyzontu zdarzeń” w tradycyjnej teorii.
W związku z tym Mathur zasugerował, że tzw. „Horyzont zdarzeń” to właściwie „pieniąca się masa strun”, a nie sztywno wytyczona granica.
I że czarna dziura tak naprawdę nie niszczy informacji, na przykład z tego powodu, że w czarnych dziurach po prostu nie ma osobliwości. Masa strun jest rozłożona na całą objętość aż do horyzontu zdarzeń, a informacje mogą być przechowywane w ciągach i nadrukowywane na wychodzącym promieniowaniu Hawkinga (a zatem wykraczać poza próg zdarzeń).
Jednak zarówno Wafa, jak i Mathur przyznają, że ten obraz jest bardzo wstępny. Matura jeszcze nie przetestowała, jak jego model pasuje do dużych czarnych dziur, ani nie zrozumiała, jak ewoluują czarne dziury.
Inną opcję zaproponowali Gary Horowitz z University of California w Santa Barbara i Juan Maldasena z Princeton Institute for Advanced Study. Według tych badaczy osobliwość w centrum czarnej dziury nadal istnieje, ale informacje po prostu do niej nie docierają: materia przechodzi do osobliwości, a informacja - poprzez teleportację kwantową - zostaje odciskana na promieniowaniu Hawkinga. Wielu fizyków kwestionuje ten punkt widzenia, odrzucając możliwość natychmiastowego przekazywania informacji.
Ekstremalne czarne dziury:
Różnorodność (Przestrzeń euklidesowa to najprostszy przykład różnorodności. Bardziej złożonym przykładem jest powierzchnia Ziemi. Możliwe jest wykonanie mapy dowolnego obszaru powierzchni Ziemi, na przykład mapę półkuli, ale niemożliwe jest narysowanie jednej (bez przerw) mapy całej jej powierzchni), po której może się poruszać sznurek nazywana jest D-braną lub Dp-braną (w drugim zapisie „p” jest liczbą całkowitą charakteryzującą liczbę wymiarów przestrzennych rozmaitości). Przykładem są dwa sznurki, które mają jeden lub oba końce przyłączone do dwuwymiarowej D-brany lub D2-brany:
D-brany mogą mieć szereg wymiarów przestrzennych od -1 do liczby wymiarów przestrzennych naszej czasoprzestrzeni. Samo słowo „brane” pochodzi od słowa „membrana”, które oznacza dwuwymiarową powierzchnię.
Dlaczego o tym pisałem tutaj, a tutaj:
Branes umożliwił opisanie pewnych specjalnych czarnych dziur w teorii strun (odkrycia dokonali Andrew Strominger i Kumrun Wafa w 1996 r., Powyżej).
Związek między branami a czarnymi dziurami jest pośredni, ale przekonujący. Oto jak to działa: Zaczynasz od wyłączenia siły grawitacji (robisz to ustawiając stałą sprzężenia struny (liczba reprezentująca prawdopodobieństwo zerwania struny na dwie struny jest jedną z dwóch fundamentalnych stałych w teorii strun. Pierwszą jest „napięcie” struny) na zero). Opisanie czarnych dziur, które są niczym innym jak grawitacją, może wydawać się dziwne, zobaczmy jednak, co będzie dalej. Przy wyłączonej grawitacji możemy spojrzeć na geometrie, w których wiele bran jest owiniętych wokół dodatkowych wymiarów. Wykorzystujemy teraz fakt, że brany przenoszą ładunki elektryczne i magnetyczne. Okazuje się, że istnieje granica tego, ile ładunku może mieć brana, granica ta jest powiązana z masą bran. Konfiguracje maksymalnego ładunku są bardzo specyficzne i nazywane są ekstremalnymi. Obejmują jedną z sytuacji, w których występują dodatkowe symetrie, które pozwalają na dokładniejsze obliczenia. W szczególności takie sytuacje charakteryzują się obecnością kilku różnych supersymetrii, które łączą fermiony i bozony.
Istnieje również maksymalna ilość ładunku elektrycznego lub magnetycznego, jaką czarna dziura może mieć i nadal być stabilna. Nazywa się je ekstremalnymi czarnymi dziurami i były badane przez specjalistów ogólnej teorii względności od wielu lat.
Pomimo tego, że siła grawitacji została wyłączona, skrajny układ bran ma pewne właściwości z ekstremalnymi czarnymi dziurami. W szczególności właściwości termodynamiczne obu systemów są identyczne. Tak więc, badając termodynamikę ekstremalnych bran owiniętych wokół dodatkowych wymiarów, można odtworzyć właściwości termodynamiczne ekstremalnych czarnych dziur.
Jednym z problemów w fizyce czarnych dziur było wyjaśnienie odkrycia przez Jacoba Bekensteina i Stephena Hawkinga, że czarne dziury mają entropię i temperaturę. Nowy pomysł z teorii strun polega na tym (w przypadku ekstremalnych czarnych dziur), że można poczynić postępy w badaniu podobnych systemów skrajnych bran owiniętych wokół dodatkowych wymiarów. W rzeczywistości wiele właściwości tych dwóch systemów jest dokładnie takich samych. Ten niemal nadprzyrodzony zbieg okoliczności pojawia się, ponieważ w obu przypadkach istnieje kilka różnych transformacji supersymetrycznych łączących fermiony i bozony. Okazuje się, że pozwalają nam skonstruować przekonującą matematyczną analogię, która sprawia, że termodynamika * dwóch systemów jest identyczna.
***
* Termodynamika czarnej dziury (właściwości):
- Siła grawitacji jest taka sama na całej powierzchni horyzontu zdarzeń
- Obszar horyzontu zdarzeń czarnej dziury nie może zmniejszać się w czasie w żadnym klasycznym procesie.
- We wszystkich procesach nierównowagowych z udziałem czarnych dziur (na przykład, gdy się zderzają), powierzchnia wzrasta.