1 год назад
Нету коментариев

Расчеты квантовых процессов вокруг черных дыр, проделанные недавно английским теоретиком С. Хоукингом, показали, что существует квантовый процесс рождения частиц гравитационным полем самой черной дыры, приводящий к уменьшению массы и размера черной дыры. На первый взгляд это кажется удивитель­ным. Ведь при образовании черной дыры все процессы на сжимающейся звезде быстро замедляются, «засты­вают» для внешнего наблюдателя: гравитационное по­ле везде становится статичным. А такое поле не может рождать частицы. Следовательно, если во время формирования черной дыры переменное поле произве­дет какое-то (очень малое) количество частиц, то поток этих частиц от возникающей черной дыры, как и все процессы, должен очень быстро затухать по мере при­ближения поверхности звезды к гравитационному ради­усу. Хоукинг же утверждает, что это не так — поток не будет затухать. В чем же здесь дело?

Оказывается, сжимающуюся звезду никогда нельзя считать абсолютно «застывшей». Застывание происхо­дит, и очень быстро, но это только асимптотическое за­стывание, при котором скорости всех процессов падают примерно вдвое за время т, равное x = rg/c. Эта вели­чина является постоянной характеристикой скорости за­медления процесса. Ясно, что такое, как говорят физи­ки, экспоненциальное замедление будет длиться вечно. С точки зрения всех процессов, кроме квантового рож­дения частиц, звезду уже через интервал времени, рав­ный нескольким т, можно считать полностью застыв­шей.

Однако для квантовых процессов это объяснение не подходит. Причина заключается в необычных свойствах физического вакуума. В этом вакууме движутся вирту­альные частицы всех энергий, всех частот. Изменяюще­еся гравитационное поле внутри застывающей звезды превращает виртуальные частицы в реальные как раз той частоты, которая соответствует характерному вре­мени изменения гравитационного поля внутри сжимаю­щейся звезды. Но это время не изменяется и всегда равно rg(мы пренебрегаем здесь очень медленным уменьшением гравитационного радиуса за счет рожде­ния частиц).

Следовательно, в поле застывающей звезды рожда­ются фотоны, имеющие частоту: v = 1/п = c/rg. Конеч­но, по мере приближения сжимающейся поверхности звезды к rg гравитационное изменение частоты кванта все сильнее. Но в «море» виртуальных фотонов всегда найдутся такие, которые с учетом изменения частоты будут иметь частоту v=l/п. Рождаются при этом и другие частицы той же частоты (нейтрино, гравитоны),, о которых, ради краткости, мы пока не будем говорить.

Согласно расчетам Хоукинга, черная дыра массой М (в граммах) рождает частицы точно так же, как аб­солютно черное тело, нагретое до температуры 1026/МК. Излучая частицы, черная дыра теряет массу и умень­шается. Разумеется, это происходит, если на черную ды­ру не падает извне вещество и излучение, которые, пог­лощаясь, увеличивают массу черной дыры.

Эффекты рождения частиц для черных дыр, возни­кающих из звезд массой в несколько солнечных, ни­чтожны. Так, черная дыра массой 3 Мс имеет темпера­туру всего 10-7 К.

Известно, что Вселенная в настоящее время повсе­местно заполнена чернотельным излучением с темпера­турой 2,7 К. По житейским понятиям эта температура крайне мала (—270°С). Но она много выше температу­ры черных дыр, возникающих из звезд. Такие дыры в реальной Вселенной захватывают гораздо больше чер­нотельного излучения Вселенной, чем сами теряют на излучение. Их масса сейчас возрастает за счет захваты­ваемого излучения, даже если они находятся вдали от газовых облаков и другого вещества, которое может па­дать в них. Только в далеком будущем, когда Вселен­ная расширится и температура в ней уменьшится, излу­чение черных дыр, образовавшихся после «смерти» звезд, превысит поглощение.

Расчеты показывают, что если отсутствуют внешние воздействия, то черная дыра звездной массы «испарит­ся» за 1066 (М/Мс)3 лет — масса черной дыры, Мс — масса Солнца). Не скоро, но все-таки испарится! Принципиальная важность открытия Хоукинга состоит именно в том, что им опровергнуто представление о веч­ности черных дыр. Они медленно исчезают, превраща­ясь в тепловое излучение, и, таким образом, медленна затягиваются топологические «дыры» в пространстве и времени.

По мере уменьшения массы черной дыры в ходе ис­парения ее температура нарастает, а значит, и ускоря­ется процесс испарения. Последние 109 г черная дыра излучает за 0,1 с. Излученная энергия, Мс2=109 г X 1021 см22 = 1030 эрг, эквивалентна взрыву 1 млн. ме­гатонных водородных бомб!

comments powered by HyperComments