Ищите черные дыры
Расчеты в рамках ОТО указывают только на возможность существования черных дыр, но никоим образом не доказывают их присутствие в реальном мире, открытие черной дыры было бы важным шагом в развитии физики. Обнаружить изолированные черные дыры в космосе невероятно сложно: нужно заметить небольшой темный объект на фоне космической черноты. Но есть надежда обнаружить черную дыру по ее взаимодействию с окружающими астрономическими телами, по характерному влиянию на них.
Учитывая наиболее важные свойства черных дыр (массивность, компактность и невидимость), астрономы постепенно разработали стратегию их поиска. Самый простой способ обнаружить черную дыру — это ее гравитационное взаимодействие с окружающей материей, например, с ближайшими звездами. Попытки обнаружить невидимые массивные спутники в двойных звездах не увенчались успехом. Но после запуска на орбиту рентгеновских телескопов выяснилось, что черные дыры активно проявляют себя в тесных двойных системах, где они берут вещество у ближайшей звезды и поглощают ее, нагревая до температуры в миллионы градусов и делая ее источником. рентгеновского излучения на короткое время.
Поскольку в двойной системе черная дыра в паре с нормальной звездой вращается вокруг общего центра масс, с помощью эффекта Доплера можно измерить скорость звезды и определить массу ее невидимого компаньона. Астрономы уже выделили несколько десятков двойных систем, где масса невидимого спутника превышает массу Солнца в 3 раза и заметны характерные проявления активности материи, движущейся вокруг компактного объекта, например, очень быстрые флуктуации яркости потоки горячего газа, быстро вращающиеся вокруг невидимого тела.
Особенно перспективной считается рентгеновская двойная система V404 Cygnus, масса невидимого компонента которой оценивается не менее 6 масс Солнца. Другие кандидаты в черные дыры обнаружены в двойных системах Cygnus X-1, LMC X-3, V616 Unicorn, QZ Chanterelles, а также в рентгеновских новых Ophiuchus 1977, Fly 1981 и Scorpio 1994. Почти все они расположены. внутри нашей Галактики, а система LMC X-3 находится в соседней галактике Большое Магелланово Облако.
Еще одно направление в поисках черных дыр — изучение ядер галактик. В них накапливаются и конденсируются огромные массы вещества, звезды сталкиваются и сливаются, поэтому там могут образовываться сверхмассивные черные дыры, которые в миллионы раз больше Солнца. Они притягивают к себе окружающие звезды, создавая пик яркости в центре галактики. Они уничтожают летящие рядом звезды, вещество которых образует аккреционный диск вокруг черной дыры и частично выбрасывается вдоль оси диска в виде быстрых струй и потоков частиц. Это не умозрительная теория, а процессы, реально наблюдаемые в ядрах некоторых галактик и указывающие на наличие в них черных дыр с массами до нескольких миллиардов солнечных масс. Недавно были получены очень убедительные доказательства того, что в центре нашей Галактики существует черная дыра с массой около 2,5 миллионов солнечных масс.
Вполне вероятно, что самые мощные процессы выделения энергии во Вселенной происходят с участием черных дыр. Они считаются источником активности в ядрах квазаров — молодых массивных галактик. Именно их рождение, как полагают астрофизики, ознаменовано самыми мощными взрывами во Вселенной, проявляющимися в виде гамма-всплесков.
Информационный парадокс черных дыр
Вы наверняка слышали, что черные дыры уничтожают информацию, которая в них попадает. Почему это является такой огромной проблемой для физики, что ученые всеми силами пытаются избавиться от этой нелепой и нелогичной формулировки? Что ж, мир стал довольно сложным. В моем детстве все было проще. Трава была зеленее, газировка вкуснее, а черные дыры были черными. То есть черные дыры сжимали материю и энергию в бесконечно плотные сингулярности, не создавая непреодолимых парадоксов. Это были хорошие дни.
Но им пришел конец. Сегодня черные дыры вмещают все пятьдесят оттенков серого, изгибая законы физики один за другим. Что же такое информационный парадокс черной дыры?
Для начала давайте поговорим об информации. Когда физики говорят «Информация», они имеют в виду конкретное состояние каждой частицы во вселенной: масса, положение, спин, температура и т. д. отпечаток пальца, который уникальным образом идентифицирует каждого, и вероятность того, что эти частицы собираются делать во вселенной. Вы можете взять атомы, раздавить их или сжать вместе, но квантово — волновая функция, которая их описывает, всегда будет сохраняться.
Квантовая физика позволяет вам запускать всю вселенную вперед и назад до тех пор, пока вы обращаете все в своей математике: заряд, четность и время
Это важно. Светлые умы говорят нам, что информация должна жить, несмотря ни на что
Представьте ее в виде энергии. Вы не можете уничтожить энергию: только преобразовать.
Что такое черная дыра? Она образуется, когда крупнейшая звезда с массой в 20 раз превышающей солнечную жестоко коллапсирует и взрывается. Ее плотность материи чрезвычайно высока, скорость убегания превышает скорость света. Особо прикольные имеют перегретый диск аккреции с материей, которая кружится вокруг горизонта событий черной дыры, за пределы которого свет уже не может вырваться никак.
И тут у нас появляется один из самых странных побочных эффектов относительности: замедление времени. Представьте себе часы, падающие в направлении черной дыры, которые засасывает гравитационный колодец. Время будет идти медленнее по мере приближения к черной дыре, пока наконец не замерзнет на краю горизонта событий. Фотоны от часов вытянутся, и цвет часов пройдет через красное смещение. В конце концов, он исчезнет, поскольку фотоны вытянутся за пределы того, что могут обнаружить наши глаза.
Лишь в том случае, если бы вы смотрели на черную дыру миллиарды лет, вы увидели бы все, что она собрала, что застряло внутри, как на липучке. Вы нашли бы и часы, и «Титаник», и теоретически смогли бы определить квантовое состояние каждой отдельной частицы и фотона, который попал в черную дыру. Поскольку потребуется практически бесконечное количество времени, чтобы все испарилось совершенно, все в порядке.
Информация навсегда на поверхности черной дыры сохраняется. Все, что туда попало, определенно погибло, но их информация, их драгоценная квантовая информация, в полном порядке.
В 1975 году Стивен хокинг сбросил на черные дыры бомбу. Он осознал, что у черных дыр есть температура, и с течением огромного периода времени они совершенно испарятся, выпустив массу и энергию обратно во вселенную. Этот процесс был обозначен как излучение хокинга.
Но эта же идея парадокс породила. Информация о том, что попало в черную дыру сохраняется замедлением времени, но сама масса черной дыры испаряется. В конце концов, она совершенно исчезнет, и тогда куда денется информация? Та информация, которая не может быть уничтожена?
Астрономы в шоке. Десятками лет они работают, пытаясь решить этот вопрос. Есть небольшой набор вариантов:
Черные дыры не испаряются вовсе, хокинг ошибся.
Информация в черной дыре каким-то образом утекает вместе с излучением хокинга.
Черная дыра удерживает ее до самого конца, и когда испаряются две последних частицы, вся информация внезапно высвобождается во вселенную.
Информация сжимается в микроскопическое пространство, которое остается после испарения черной дыры.
Черная дыра.
Возможно, физики никогда не смогут выяснить это. Недавно хокинг выдвинул новую идею, которая могла бы разрешить информационный парадокс черной дыры. Он предположил, что есть некий способ, которым излучение хокинга могло бы уносить в себе информацию о новой материи, падающей в черную дыру.
Таким образом, информация обо всем, что падает, сохраняется уходящим излучением, возвращается во вселенную и разрешает парадокс. Но это догадка, поскольку и само излучение хокинга никто не обнаружил. Возможно, мы через много десятков лет узнаем не только то, в правильном направлении мы движемся или нет, но и собственно решение парадокса.
В ситуациях вроде этой мы вспоминаем, как мало знаем о вселенной на самом деле.
Черные дыры это. 10 интересных фактов о черных дырах.
1 образование черных дыр.Черная дыра рождается тогда, когда у крупной звезды начинает заканчиваться топливо и она начинает разрушаться из-за своей же собственной гравитации.Такая звезда превращается в белого карлика или нейтронную звезду, но если заезда оказывается очень массивной, она может продолжать сжиматься и, в конечном итоге, достигает размера крошечного атома, который называется центром черной дыры.
2 масса черной дыры.Масса этой сжатой звезды настолько велика, а гравитация ее центра настолько сильна, что, согласно теории общей относительности Эйнштейна, она на самом деле может деформировать пространство — время вокруг себя, и даже свет не может вырваться из нее.Граница, за которую свет не может вырваться, называется горизонт событий, а расстояние от центра до горизонта событий — гравитационный радиус или радиус шварцшильда.
3 теория черных дыр.Как только частицы и солнечные лучи пересекают горизонт событий, они направляются к центру, их больше никогда никто не сможет увидеть.
4 самые странные объекты вселенной.Для внешнего наблюдателя с телескопом кажется, что объект, который проходит через горизонт событий, начинает замедляться и замерзать и что он вовсе не прошел через эту границу. Со временем свет становится красным и более тусклым, а его длина волны — длиннее, в конечном итоге, он исчезает из поля видимости, становясь инфракрасной радиацией, а затем радиоволнами.
5 падение в черную дыру.В том случае, если бы человек мог оказаться в черной дыре, будучи в сознании и имея возможность вернуться оттуда, он бы рассказал, что вначале испытал ощущение невесомости, как будто он находится в свободном падении, но затем почувствовал бы очень мощные силы притяжения, его бы тащило ближе к центру черной дыры.Чем ближе к центру, тем сильнее гравитация, поэтому если бы его ноги были ближе к центру, чем голова, его бы начало сильно растягивать и в конечном итоге разорвало бы на части.Во время падения он бы видел искаженное изображение, как будто свет обволакивает его и он бы также увидел, как свет за пределами черной дыры направляется во внутрь.
6 сила гравитации черных дыр.Важно понимать, что гравитационное поле черной дыры точно такое же, как и у других объектов в космосе, имеющих такую же массу. Другими словами, черные дыры притягивают к себе объекты так же, как это делают обычные звезды, то есть все объекты, которые оказываются рядом с горизонтом событий, падают в них
7 кротовые норы.Кротовая нора в теории является туннелем в пространстве — времени, который позволяет пройти коротким путем от одного конца вселенной к другому. Однако эти объекты могут оказаться с внешней стороны очень похожими на черные дыры.
8 кто открыл черные дыры во вселенной?Джон мичелл (1783 год) и Пьер — Симон Лаплас (1796 год) впервые предложили концепцию «Темных Звезд» или объектов, которые при сжатии имеют такую сильную силу притяжения, что скорость убегания рядом с ними будет превышать скорость света.В 20-м столетии физик Джон уиллер предложил называть эти объекты «Черными Дырами», так как они поглощали все частицы света, которые оказывались поблизости, поэтому ничего отражать были не способны.
9 излучение хокинга — испарение черной дыры.Физики в настоящее время полагают, что черные дыры на самом деле излучают небольшое количество частиц фотонов и таким образом теряют массу, поэтому сжатие постепенно ослабляется. Этот неподтвержденный пока процесс получил название излучение хокинга в честь профессора Стивена хокинга, который выдвинул теорию в 1974 году.Однако этот процесс происходит невероятно медленно, и только самые мелкие черные дыры имели время, чтобы испарить достаточное количество вещества за 14 миллиардов лет существования вселенной.
10 массивные черные дыры.Считается, что большая часть галактик держится вместе за счет супермассивных черных дыр в своих центрах, которые удерживают рядом сотни звездных систем.
Видео
И в завершение предлагаем вам интересный научно-документальный фильм о черных дырах от канала Discovery
Черные дыры, несомненно, самые странные и загадочные объекты в космосе. Их причудливые свойства могут бросить вызов законам физики Вселенной и даже природе существующей действительности. Чтобы понять, что же такое черные дыры, мы должны научиться думать «вне коробки» и применить немного фантазии. Черные дыры образуются из ядер супер массивных звёзд, которые можно охарактеризовать как область пространства, где огромная масса сосредоточенна в пустоте, и ничего, даже свет не может там избежать гравитационного притяжения. Это та область, где вторая космическая скорость превышает скорость света. И чем более массивный объект движения, тем быстрее он должен двигаться для того чтобы избавиться от силы своей тяжести. Это известно как вторая космическая скорость.
Теория относительности Эйнштейна описывает гравитацию как искривление пространства-времени. Чем массивнее объект, тем больше это искажение будет. Черные дыры настолько огромны, что они искажают пространство времени, и оно отодвигается в глубокую и бездонную пустоту, от которой ничто не может укрыться.
Анатомия черных дыр Вселенной Когда супер массивная звезда коллапсирует в черную дыру , она не становиться настолько маленькой, чтобы больше не иметь никакого физического размера. Это ее плотная, уменьшенная модель, но при этом содержащая то же количество массы, что и исходная звезда. Главная особенность черной дыры это то, что известно как сингулярность, и она определяет ее центр. Область, где фундаментальные законы физики и самой ткани пространства прекращают свое существование. Сингулярность — это в невидимый барьер, называемый горизонтом событий. Он знаменует собой появление внешней границы черной дыры, проявляющимся экстремальным гравитационным притяжением. Это точка, откуда нет возврата. Все, что пересекает горизонт событий, даже свет, обречен.
Поскольку свет не может вырваться из массивных животных силков, он не может быть виден. Поэтому чтобы искать черные дыры, можно полагаться только на косвенные доказательства их существования. Одним из способов поиска черной дыры, являются нахождение областей в открытом космосе, которые обладают большой массой и находятся в темном пространстве. При поиске подобных типов объектов, астрономы обнаружили их в двух основных областях: в центрах галактик и в двойных звездных системах нашей Галактики. Эта материя кружится вокруг нее, формируясь как диск ускорения, двигаясь все быстрее и быстрее по мере приближения к центру. Считается, что эта материя испускает излучения в виде рентгеновских лучей, и как только они как это входит в черную дыру, материя начинает разрушаться. Многие из звезд в нашей галактике существуют как двойные звездные системы, в которых одна из звезд может становиться черной дырой. Когда это произойдет, черная дыра может начать сосать все на своем пути независимо от другой звезды.
Что такое черная дыра – объяснение для детей: описание с фото, как найти в космосе Вселенной, как появляются, смерть звезды, сверхмассивные черны дыры галактик.
Для самых маленьких родители или в школе должны объяснить, что воспринимать черную дыру как пустое место – грубейшая ошибка. Наоборот, в ней сконцентрировано невероятное количество материи, которая замкнута в маленьком пространстве. Чтобы объяснение для детей было более красочным, просто представьте, что вы взяли звезду в 10 раз массивнее Солнца и попытались впихнуть в область размером с Нью-Йорк. Из-за такого давления, гравитационное поле обретает настолько большую силу, что никто и даже световой луч не может вырваться. С развитием технологий НАСА удается все больше узнать об этих загадочных объектах.
Процесс формирования черной звезды
Конечно, важно объяснить детям, что исследователи лишены возможности наблюдать эти особенности напрямую (телескопы находят лишь свет, рентгеновское излучение и прочие формы электромагнитного излучения), так что ждать фото черной дыры не приходится. Но можно высчитать их местоположение и даже определить размер из-за влияния, которое они оказывают на окружающие объекты
Например, если она пройдет сквозь облако межзвездной материи, то в процессе начнет втягивать вещество внутрь – аккреция. То же самое повторится, если вблизи пройдет звезда. Правда звезда может разорваться.
В момент притягивания вещество нагревается и ускоряется, выпуская в пространство рентгеновские лучи. Недавние открытия заметили несколько мощных всплесков гамма-лучей, демонстрируя процесс пожирания дырой соседних звезд. В этот момент они стимулируют рост одних и останавливают у других.
Парадоксы и перспективы
Даже далекие от физики люди слышали, что существование черных дыр порождает парадоксы. При этом сам факт, что из-под гравитационного радиуса нет пути назад, не более парадоксален, чем банальные утверждения «человек смертен» или «прошлого не изменишь». На самом деле, парадоксы возникают не в самой теории Эйнштейна, а на стыке этой теории и квантовой механики. Например, куда-то девается информация об угодивших в черную дыру материи и излучении, а квантовая механика такой потери не допускает.
Алексей Старобинский реагирует на упоминание о парадоксах сдержанным смешком: «Если буквально, можно сказать, наивно применять аксиомы квантовой механики, то возможно прийти к выводу, что информация вроде бы должна сохраняться, а потому вокруг горизонта событий возникнет огненная стена — слой частиц с планковской (то есть очень высокой) энергией. Однако ничего подобного при слиянии черных дыр мы не наблюдаем. Мы не видим ни высокоэнергетичных частиц, ни незатухающего сигнала гравитационных волн после момента слияния. Я специально спрашивал об этом тех, кто участвует в экспериментах. А вот некоторые теоретики все это видят, поскольку берут чужие экспериментальные данные, но не чувствуют, какой колоссальной работы над погрешностями измерений требует правильная обработка этих данных. Я бы сказал, что парадоксы возникают, только если квантовую механику применять к тому, что происходит вокруг черной дыры, мягко говоря, немножко тупо».
Может ли изучение черных дыр принести физике что-то еще, кроме очередного — с огромной точностью — подтверждения правоты Эйнштейна? Старобинский надеется, что да: «Сейчас астрономия большей частью работает на себя, но кое-что от нее может перепасть и фундаментальной физике. Открытие черных дыр разнообразной массы — это похоже на описание все новых видов животных в биологии: все это остается в рамках фундаментальных представлений. Мы лишь подтверждаем ОТО в том, что касается гравитации, и Стандартную модель с точки зрения физики элементарных частиц. Однако при этом астрономия четко говорит нам, что существует темная материя. Мы не знаем, из чего она составлена. Хотя наиболее популярная гипотеза — наличие новых частиц вне Стандартной модели; существует теоретическое предсказание, что частично она может состоять из первичных черных дыр. Предсказан даже диапазон их масс — порядка массы астероида. Такие черные дыры можно искать, но пока их не нашли. Сухой остаток таков: на сегодняшний день новые астрономические открытия лишь подтверждают фундаментальную физическую картину мира. Хотелось бы, конечно, сказать: „Ага! Наши представления оказались неправильными!“ Но пока этого не произошло».
Доклад №2
Некоторые астрономические объекты имеют столь большие массу и плотность, что даже свет не может их покинуть. Они имеют идеально чёрный цвет, за что и называются чёрными дырами. Чтобы вылететь из чёрной дыры, необходимо превысить скорость света, что невозможно согласно общей теории относительности. Поэтому не только свет, но и любой объект, упавший в чёрную дыру, никогда не сможет её покинуть. Более того, мы никогда больше не сможем его наблюдать.
Впервые о существовании столь массивного тела задумался Джон Миччел в своём письме Лондонскому Королевскому сообществу в 1784 году. Развитие эта идея получила только в 1915, вместе со созданной А. Эйнштейном общей теорией относительности. Сегодня чёрных дыр обнаружено множество, включая сверхмассивные квазары и системы из двух чёрных дыр, находящихся на пороге слияния.
Когда звезда сжигает всё термоядерное топливо, исчезает сила, мешающая гравитационному сжатию. Звезда быстро уменьшается, и, если её масса больше трёх солнечных, может превратиться в чёрную дыру. Однако многие сверхмассивные чёрные дыры образовались сразу из ядра галактики, в центре которой находятся. Некоторые теории предсказывают также существование чёрных дыр, появившихся во время большого взрыва и микроскопических чёрных дыр. Но пока ни те, ни другие не были найдены.
Вокруг чёрной дыры существует сфера, из-за которой не может вернуться даже свет. Чем ближе к ней находится объект, тем медленнее течёт для него время. Узнать, что произойдёт с ним после пересечения этой сферы невозможно, поэтому она называется горизонтом событий. В настоящий момент лишь известно, что чёрные дыры могут вращаться и иметь огромный электрический заряд.
Чёрная дыра изменяет путь движения даже тех фотонов, которые не попадают в неё саму. Этот эффект известен как гравитационная линза. Хотя сама чёрная дыра невидима, мы можем найти её по искажению изображения находящихся рядом звёзд.
Другой способ увидеть чёрную дыру — это наблюдать, как она поглощает материю. Например, звезду или газовое облако. Частицы, вырванные гигантской гравитацией, падают в чёрную дыру по спирали, образуя вокруг неё аккреационный диск. Разгоняемые до около световых скоростей, частицы сталкиваются друг с другом, освобождая огромную энергию. Из-за этого диск ярко светится, а некоторые частицы покидают его вдоль оси вращения в виде потоков. Их называют джетами. Джеты сверхмассивных чёрных дыр могут достигать тысяч световых лет. А их энергия такова, что они способны зажигать новые звёзды.
Чёрные дыры не вечны. Они не только поглощают материю, но и непрерывно излучают разнообразные частицы, в основном фотоны. Этот квантовый эффект называемый испарением (или излучением) Хокинга в честь Стивена Хокинга, был предсказан им в 1975 году. Если чёрная дыра долгое время не поглощает материю, она будет уменьшаться в массе и наконец исчезнет. Испарение больших чёрных дыр может занимать миллиарды лет. Поэтому, чёрные дыры, гипотетически образовавшиеся во время большого взрыва, должны были уже исчезнуть.
9, 10 класс, кратко
Излучение Хокинга
Этот тип излучения, открытый известным физиком Стивеном Хокингом, значительно усложняет жизнь современным ученым – ведь из-за этого открытия в теории черных дыр появилось немало трудностей. В классической физике существует понятие вакуума. Этим словом обозначается полная пустота и отсутствие материи. Однако с развитием квантовой физики понятие вакуума было видоизменено. Ученые выяснили, что он заполнен так называемыми виртуальными частицами – под воздействием сильного поля они могут превратиться в реальные. В 1974 году Хокинг выяснил, что подобные превращения могут происходить в сильном гравитационном поле черной дыры – возле ее внешней границы, горизонта событий. Такое рождение является парным – появляется частица и античастица. Как правило, античастица обречена на падение в черную дыру, а частица улетает. В результате ученые наблюдают некоторое излучение вокруг этих космических объектов. Оно и получило название излучения Хокинга.
В ходе этого излучения то вещество, что внутри черной дыры, медленно испаряется. Дыра теряет массу, при этом интенсивность излучения обратно пропорциональна величине квадрата ее массы. Интенсивность излучения Хокинга ничтожно мала по космическим меркам. Если предположить, что существует дыра массой в 10 солнц, и на нее не попадает ни свет, ни какие-либо материальные объекты, то даже в этом случае время ее распада будет чудовищно велико. Жизнь такой дыры будет превосходить все время существования нашей Вселенной на 65 порядков.
Белая дыра. Теории о существовании белых дыр
Предположим, что белые дыры действительно существуют. Тогда откудаже они берутся, икак ихобразование влияет начеловечество?
Давайте представим себе черную дыру (коллапсар) только собратным течением времени. Назовем еебелая дыра. Возможно, она являет собой полную противоположность черной. Попробуем привести немного фактов:
- черные дыры своей мощной гравитацией собирают вокруг себя вкосмосе всю материю, втовремя как белые теоретически должны отталкивать ее от себя.
- если изгоризонта событий коллапсара невозможно выйти— товойти загоризонт событий белой также невозможно.
- коллапсар поглощает вещество, итем самым выделяет энергию —в товремя как былая дыра выделяет вещество ипоглощает энергию ит.д.
Вовселенной существование коллапсар— уже давно неоткрытие. Авот образование вселенной белых дыр так иосталось гипотетическими рассуждениями.
Однако группа израильских ученых утверждает, что они смогли зафиксировать нафото белую дыру ввиде вспышки. Характеристики вспышки гипотетической белой дыры отличаются отпрежде известных различных вспышек звезд. Ученые считают, что мгновенный распад белой дыры похож наБольшой взрыв, новомного раз меньше. Такому взрыву было присвоено название Малый взрыв. Онхарактерен тем, что когда происходит, изнеоткуда появляется множество энергии иматерии. Онкакбы выбрасывает все, что было накоплено внутри.
Изучая эти особенности, можно констатировать, что загадки существования белых дыр, могут быть только дотех пор, пока какие-то конкретные объекты необнаружат космонавты. Также стоит отметить, что белая дыра сможет быть реальностью только втом случае, пока веерамках небудет ниодной изчастиц материи. Поскольку, если хотябы одна альфа-частица попадет внее, тобелая дыра мгновенноже разрушится.
Конечноже, как влюбой гипотетической теории здесь тоже есть люди, которые на100% уверены всуществовании белых дыр. Вуниверситете Aix-MarseilleUniversity воФранции есть группа ученых, которые упорно пытаются объяснить человечеству, что втеории черных ибелых областей пространства-времени уже давно лежит физика, вкоторой есть теория петель квантовой гравитации.
Почему Хокинг ошибся по поводу черных дыр?
Согласно недавнему исследованию Стивена Хокинга (Stephen Hawking), создавшего настоящий переполох, некоторые издания объявили о том, что черных дыр нет. Однако, это не совсем то, что утверждал Хокинг. Впрочем уже сейчас понятно, что предположение Хокинга о черных дырах ошибочно, потому что парадокс, который он пытается доказать, уже не парадокс вовсе.
Это все сводится к известному нам парадоксу огненной стены черных дыр. Главной особенностью черной дыры является ее горизонт событий. Горизонт событий черной дыры – точка невозврата при приближении к ней. В общей теории относительности Эйнштейна, горизонт событий представляет собой пространство и время, которые настолько деформированы под воздействием силы тяжести, что их невозможно покинуть. Пересечете горизонт событий — и вы навсегда в ловушке.
Это односторонняя природа горизонта событий уже давняя проблема для понимания гравитационной физики. Например, горизонт событий черной дыры, казалось бы, нарушает законы термодинамики. Один из принципов термодинамики гласит о том, что ничто не должно иметь температуру абсолютного нуля. Даже очень холодные вещи излучают немного тепла, но если черная дыра поглощает свет, то она не выделяет никакого тепла. Таким образом, температура черной дыры равна нулю, что не возможно.
Тогда в 1974 году Стивен Хокинг показал, что черные дыры излучают свет благодаря квантовой механике. В квантовой теории есть пределы тому, что может быть известно об объекте. Например, вы не можете знать точно энергию объекта. Из-за этой неопределенности, энергия системы может колебаться спонтанно, до тех пор, пока ее средняя величина остается постоянной. Хокинг продемонстрировал, что вблизи горизонта событий черной дыры пары частиц могут появиться, когда одна частица оказывается в ловушке внутри горизонта событий (немного снижая массу черной дыры), а другая может избежать этого, в виде излучения (унося немного энергии черной дыры).
В то время как излучение Хокинга решило одну проблему с черными дырами, оно создало еще одну, известную как парадокс огненной стены. Когда квантовые частицы появляются парами, они спутаны, то есть, они связаны в квантовом смысле. Если одна частица захватывается черной дырой, а другая вырывается, тогда спутанность пары нарушается. В квантовой механике можно было бы сказать, что пара частиц появляется в чистом, первоначальном, виде, и горизонт событий, казалось бы, сломал это состояние.
В прошлом году было показано, что если излучение Хокинга в чистом виде, тогда либо оно не может излучать в направлении, требуемом термодинамикой, или это создаст огненную стену частиц высокой энергии вблизи поверхности горизонта событий. Это часто называют парадокс огненной стены, потому что согласно общей теории относительности, если оказаться вблизи горизонта событий черной дыры, ничего необычного не удастся заметить. Основная идея общей теории относительности (принцип эквивалентности) требует, чтобы, если вы свободно падаете к горизонту событий, не должно быть сильной огненной стены частиц высокой энергии. В своей работе Хокинг предложил решение этого парадокса, предположив, что черные дыры не имеют горизонты событий. Вместо этого они имеют кажущиеся горизонты, которые не требуют соответствия огненной стены и термодинамики. Поэтому заявление «черных дыр нет» популярно в прессе.
Но парадокс огненной стены возникает только при излучении Хокинга в чистом виде, и исследование Сабины Хоссенфельдер (Sabine Hossenfelder) показывает, что излучение Хокинга не в чистом виде. В своей статье, Хоссенфельдер показывает, что вместо пары спутанных частиц, излучение Хокинга связано с двумя такими парами. Одна спутанная пара попадает в ловушку черной дыры, в то время как другая убегает. Процесс похож на первоначальное предложение Хокинга, но частицы Хокинга не в чистом виде.
Таким образом, нет никакого парадокса. Черные дыры могут излучать свет таким образом, который согласуется с термодинамикой, и область вблизи горизонта событий не имеет огненной стены, как требует общая теория относительности. В итоге, предложение Хокинга является решением проблемы, которой не существует.
