 |
Астронет: Patricia Schwarz/CalTech Перевод "Официального Сайта Теории Суперструн" http://variable-stars.ru/db/msg/1199352/bh/blackh3.html |
<< Свойства черных дыр | Оглавление
| Пространство, время и теория струн >>
Хокинговское излучение задает новые вопросы
 |
| Хокинговское излучение черной
дыры |
В предыдущей части мы говорили о двух основных классических свойствах черных дыр - о том, что полная площадь горизонта событий черной дыры может только увеличиваться и о том, что гравитационный потенциал постоянен по всему горизонту. Эти свойства можно назвать классическими свойствами, потому как они были получены с использованием уравнений Эйнштейна, которые не принимают во внимание квантовую механику.
Что произойдет если мы добавим квантовую механику к анализу поведения и свойств классических черных дыр ?
Самый простой способ объединить квантовую механику с классической Общей теорией относительности это использовать рассмотрение рассеяния частиц в искривленном пространстве-времени, при этом само пространство-время не реагирует и не меняется при рассеянии квантовых частиц. Это несколько неправильно, поскольку гравитацию мы руками оставляем классической, а квантовую механику используем только в применении к частицам. Но если не обращать на это внимания, то получающиеся результаты поразительны и оказываются довольно полезны и важны для теории черных дыр.
Черные дыры испаряются !
Физики-теоретики, изучающие эффекты квантового рассеяния в искривленном пространстве-времени заметили, что определения частицы и античастицы зависят от наблюдателя, что, вообще говоря, противоречит основным положениям Общей теории относительности. При этом число частиц, которые принимают во внимание, так же зависит от наблюдателя.При этом из всего вышеизложенного складывается следующая картина. Если физик-наблюдатель движется по направлению к центру черной дыры, то при пересечении горизонта событий он не заметит ничего необычного. Его будет тянуть к центру огромной силой притяжения со стороны черной дыры. Но если он каким-нибудь образом умудрится удерживаться постоянно за горизонтом вне его, то он обнаружит огромное количество горячих частиц, излучаемых черной дырой.
Но как же частицы могут покидать черную дыру ? Ведь даже свет не может этого сделать, а свет состоит из безмассовых частиц, и раз безмассовые частицы не могут покинуть черной дыры, то массивные частицы и подавно не могут.
В классической физике черных дыр горизонт событий представляет собой некий абсолютный барьер для всего, что пытается выбраться наружу из черной дыры. В квантовой механике, однако, присутствует понятие квантовой неопределенности, что приводит к квантовым флуктуациям вакуума, которые выражаются через рождение и аннигиляцию виртуальных пар частиц-античастиц в этом вакууме.
На анимации вверху P это частица, а A - античастица. Пара частица-античастица рождается на очень короткое время вблизи горизонта событий но вне черной дыры. Однако не успевают они проаннигилировать, как античастица оказывается поглощенной черной дырой, а частица "выстреливается" в противоположном направлении. Равновозможен и такой вариант, когда частица поглотится а античастица останется.
Нашему рассматриваемому наблюдателю, непонятно каким образом но все же удерживающемуся от падения за горизонт событий покажется, что при этом черная дыра испустила частицу сквозь горизонт событий, а для удаленного наблюдателя при этом масса черной дыры уменьшится на массу излученной частицы и, таким образом, площадь горизонта событий черной дыры станет меньше.
Как же такое может быть ? Ведь получается, что общая площадь горизонта событий черной дыры, а значит, что и объем, занимаемый черной дырой, может и даже будет уменьшатся со временем вопреки предсказаниям классической теории, использующей уравнения Эйнштейна и пренебрегающей квантовыми эффектами.
Где же квантовые микросостояния ?
Не только испаряющиеся черные дыры, но и частицы, которые они излучают при испарении имеют тепловое распределение. Эти испаряющиеся черные дыры начинают выглядеть как обычные "тепловые объекты", с которыми оперирует термодинамика начиная с 19-го века.Однако в 20-м веке, в процессе квантовой революции, выяснилось, что классическая термодинамика, разработанная в 19-м веке, является предельным случаем, получающимся при суммировании по всем квантовым микросостояниям. Например, термодинамику паровых машин можно свести к пониманию квантовых микросостояний молекул воды и воздуха.
Тогда где же квантовые микросостояния, ответственные за термодинамику черных дыр ?
Струнщики считают, что знают ответ на этот вопрос...
<< Свойства черных дыр | Оглавление
| Пространство, время и теория струн >>