5 років тому
Немає коментарів

Sorry, this entry is only available in
Російська
На жаль, цей запис доступний тільки на
Російська.
К сожалению, эта запись доступна только на
Російська.

For the sake of viewer convenience, the content is shown below in the alternative language. You may click the link to switch the active language.

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!