 |
Астронет: J. M. Pierre/Interwoven Inc., San Francisco Введение в суперструны http://variable-stars.ru/db/msg/1185844/bholes.html |
Черные дыры
Классическое описание гравитации - Общая Теория Относительности (ОТО) - содержит решения, называемые "черные дыры" (ЧД). Существует довольно много типов черных дыр, но все они показывают сходные общие свойства. Горизонт событий это поверхность в пространстве-времени, которая, проще говоря, отделяет область внутри ЧД от области вне ее. Гравитационное притяжение ЧД настолько велико, что ничто, даже свет, проникнув под горизонт, не может вырваться назад. Таким образом, классические ЧД могут быть описаны лишь используя такие параметры как масса, заряд и угловой момент.
(объяснение диаграммы Пенроуза)
Черые дыры - хорошие лаборатории по изучению струнных теорий, поскольку эффекты квантовой гравитации важны даже для достаточно больших черных дыр. Черные дыры на самом деле не "черные", поскольку они излучают ! Используя полуклассические аргументы, Стивен Хокинг показал, что ЧД излучают тепловое излучение со своего горизонта. Так как струнная теория, помимо всего прочего еще и теория квантовой гравитации, она в состоянии согласованно описать ЧД. А еще есть ЧД, удовлетворяющие уравнению движения для струн. Эти уравнения схожи с уравнениями из ОТО, но в них есть некоторые дополнительные поля, пришедшие туда из струн. В суперструнных теориях есть специальные решения типа ЧД, которые сами по себе еще и суперсимметричны.
Одним из самых драматичных результатов в струнной теории был вывод формулы для энтропии
Бекенштейна-Хокинга ЧД, полученный из рассмотрения микроскопических струнных состояний,
формирующих ЧД. Бекенштейн отметил, что ЧД подчиняются "закону площадей", dM = K dA, где 'A' - площадь
горизонта а 'K' - константа пропорциональности. Так как полная масса ЧД это ее энергия покоя, то
ситуация очень похожа на термодинамику: dE = T dS, что показал Бекенштейн. Хокинг позднее в
полуклассическом приближении показал, что температура ЧД равна T = 4k, где 'k' - константа, именуемая
"поверхностной гравитацией". Таким образом, энтропия ЧД может быть переписана как
. Более того, не так давно Стромингер (Strominger) и Вафа (Vafa) показали, что
эта формула для энтропии может быть получена микроскопически (вплоть до фактора 1/4), используя
вырождение квантовых состояний струн и D-бран, соответствующих определенным суперсимметричным ЧД
в струнной теории. К слову, D-браны дают на малых расстояниях описание как при слабой связи. Например,
ЧД, рассмотренные Стромингером и Вафой, описываются 5-бранами, 1-бранами и открытыми струнами,
"живущими" на 1-бране, все свернутые в 5-мерный тор, что эффективно дает 1-мерный объект - ЧД.
При этом хокинговское излучение можно описать в рамках этой же структуры, но если открытые струны могут "путешествовать" в обоих направлениях. Открытые струны взаимодействуют между собой и излучение испускается в форме замкнутых струн.
Точные вычисления показывают, что для одних и тех же типов ЧД струнная теория дает те же предсказания, что и полуклассическая супергравитация, включая нетривиальную поправку, зависящую от частоты и называемую "параметром серости" (greybody factor).
<< М-теория | Оглавление | Заключение >>