Mustade aukude aurustumine
Aurustumine must auk - kvantprotsess. Fakt on see, et kontseptsioon mustast august kui objektist, mis ei kiirga midagi, vaid suudab ainult ainet neelata, kehtib seni, kuni kvantefekte ei võeta arvesse. Kvantmehaanikas on tänu tunnelimisele võimalik ületada potentsiaalsed barjäärid, mis on mittekvantsüsteemi jaoks ületamatud. Väide, et musta augu lõppseisund on paigal, peab paika ainult tavalise, mitte kvantgravitatsiooniteooria raames. Kvantefektid toovad kaasa asjaolu, et tegelikult peaks must auk pidevalt kiirgama, kaotades selle käigus oma energiat.
Musta augu puhul näeb olukord välja selline järgmisel viisil. IN kvantteooria väljad, täitub füüsiline vaakum erinevate väljade (võib öelda "virtuaalsete osakeste") pidevalt tekkivate ja kaduvate fluktuatsioonidega. Põllul välised jõud nende kõikumiste dünaamika muutub ja kui jõud on piisavalt tugevad, võivad osakeste-antiosakeste paarid sündida otse vaakumist. Sellised protsessid toimuvad ka musta augu sündmuste horisondi lähedal (kuid siiski väljaspool). Sel juhul on võimalik juhtum, kui antiosakese koguenergia osutub negatiivseks ja osakese koguenergia positiivseks. Musta auku kukkudes vähendab antiosake oma kogu puhkeenergiat ja seega ka massi, samas kui osake suudab lõpmatuseni lennata. Kaugele vaatlejale tundub see mustast august pärit kiirgusena.
Oluline pole mitte ainult kiirguse ennustatav fakt, vaid ka asjaolu, et sellel kiirgusel on termiline spekter (massivabade osakeste jaoks). See tähendab, et musta augu sündmuste horisondi lähedal olevat kiirgust saab seostada teatud temperatuuriga
kus on Plancki konstant jagatud c- valguse kiirus vaakumis, k- Boltzmanni konstant, G- gravitatsioonikonstant ja lõpuks M- musta augu mass. Lisaks mitte ainult kiirgusspekter (selle sagedusjaotus), vaid ka selle peenemad omadused (näiteks kõik korrelatsioonifunktsioonid) on täpselt samad, mis musta keha kiirgus. Teooriat arendades on võimalik konstrueerida mustade aukude täielik termodünaamika.
Selline lähenemine mustale augule osutub aga sisemiselt vastuoluliseks ja toob kaasa teabe kadumise probleemi mustas augus. Selle põhjuseks on eduka kvantgravitatsiooni teooria puudumine. Hawkingi kiirguse olemasolu ei ennusta kõik kvantteooriad. ja seda vaidlustavad mitmed uurijad
Märkamine
Vaatlused oleksid pidanud lõpetama arutelu efekti olemasolu üle, kuid astronoomidele teadaolevad mustade aukude temperatuurid on nendest lähtuva kiirguse tuvastamiseks liiga madalad – aukude massid on liiga suured. Seetõttu pole mõju veel vaatlustega kinnitatud.
Vaata ka
Märkused ja lingid
Wikimedia sihtasutus. 2010. aasta.
Vaadake, mis on "Hawkingi kiirgus" teistes sõnaraamatutes:
Energia kiirgamise ja levimise protsess lainete ja osakeste kujul. Enamikul juhtudel mõistetakse kiirguse all elektromagnetiline kiirgus, mida saab omakorda kiirgusallikate järgi jagada soojuskiirgus,... ...Vikipeedia
Unruh' efekt (Unruh kiirgus) on kvantväljateooria poolt ennustatud efekt Plancki kiirguse vaatlemisel kiirenevas tugiraamistikus selle kiirguse puudumisel inertsiaalsüsteem tagasiarvestus. Teisisõnu, kiirenev vaatleja... ... Wikipedia
Hawkingi kiirgus on protsess, mis kiirgab mitmesuguseid elementaarosakesed, valdavalt footonid, must auk. Energia jäävuse seaduse tõttu kaasneb selle protsessiga musta augu massi vähenemine, s.o selle "aurustumine". Ennustatud... ... Vikipeedia
Sellel terminil on ka teisi tähendusi, vt Must auk (tähendused). Hubble'i teleskoobiga saadud pilt: Aktiivne galaktika M87. Arvatavasti on galaktika tuumas must auk. Unes... Wikipedia
Päring "Hawking" suunatakse siia; vaata ka teisi tähendusi. Stephen William Hawking Stephen William Hawking Sünniaeg: 8. jaanuar 1942 ... Wikipedia
Hawking, Stephen William Taotlege "Hawkingi" ümbersuunamist siia; vaata ka teisi tähendusi. Stephen William Hawking Stephen William Hawking Sünniaeg: 8. jaanuar... Wikipedia – selles artiklis puuduvad lingid teabeallikatele. Teave peab olema kontrollitav, vastasel juhul võidakse see kahtluse alla seada ja kustutada. Saate... Wikipedia
Võib olla, suurim avastus Stephen Hawking ja põhjus, miks ta füüsikute seas nii kuulus on, oli see, et mustad augud ei ela igavesti.
Nad kiirgavad oma energiat väga pika aja jooksul läbi 1974. aastal avastatud protsessi, mida tuntakse Hawkingi kiirgusena. Sel nädalal esitas lugeja järgmise küsimuse:
Alates Hawkingi kiirguse avastamisest aastal teaduslikud publikatsioonid seda kirjeldatakse kui mustade aukude järkjärgulist aurustumist, mis on tingitud takerdunud osakeste spontaansest tekkest sündmuste horisondi lähedal. Nad ütlevad, et üks osake imetakse musta auku ja teine lendab minema ja muutub Hawkingi kiirguseks. Selle kiirguse tõttu kaotavad mustad augud järk-järgult massi ja kaovad selle tulemusena täielikult. Küsimus on selles, et kui üks osake kukub musta auku ja teine lendab minema, siis miks muutub must auk väiksemaks? Kas ta ei peaks vastupidi kaalus juurde võtma?
Suur küsimus, mis sisaldab mitmeid väärarusaamu, millest mõne põhjustas Hawking ise. Uurime välja!
Rohkem kui 101 aastat tagasi, kõige esimene täpne lahendusÜldrelatiivsusteooria: aegruum, mis kirjeldab tohutut singulaarsust, mida ümbritseb sündmuste horisont. Avastuse tegi Karl Schwarzschild, kes mõistis kohe, et kirjeldas musta auku: objekti, mis on nii tihe ja massiivne, et isegi valgus ei pääse sellest välja. gravitatsiooniline külgetõmme.
Üsna pikka aega arvati, et kui panna piisavalt massi kokku, toppides selle piisavalt väikesesse ruumipiirkonda, on gravitatsiooniline kollaps mustaks auguks pöördumatu ja et olenemata massi esialgsest konfiguratsioonist on singulaarsus. olla punkt ja sündmuste horisont oleks sfäär. Ainsa teadlastele huvipakkuva parameetri – sündmuste horisondi suuruse – peaks määrama ainult musta augu mass.
Musta augu neeldumisega kõik rohkem aine, selle mass suureneb ja selle suurus suureneb. Üsna pikka aega usuti, et see jätkub seni, kuni enam ainet endasse ei jää või kuni saabub universumi lõpp.
Kuid see säte muutis midagi. Revolutsiooniline avastus, et meie universum koosneb pisikestest jagamatud osakesed, järgides nende endi seadusi, kvanthulka. Osakesed suhtlevad üksteisega läbi erinevate põhilised vastasmõjud, millest igaüks võib olla esitatud kvantväljade komplektina.
Kas soovite teada, kuidas kaks elektriliselt laetud osakest interakteeruvad või kuidas interakteeruvad footonid? See kõik on kontrollitud kvantelektrodünaamika või kvantteooria elektromagnetilised vastasmõjud. Kuidas on lood osakestega, mis vastutavad tugeva jõu eest: jõu eest, mis hoiab tuumades prootoneid ja muid osakesi koos? See on kvantkromodünaamika ehk kvantteooria. tugevad vastasmõjud. Kuidas on lood radioaktiivse lagunemisega? See on tuuma nõrkade vastastikmõjude kvantteooria.
Kuid sellel komplektil on puudu kaks komponenti. Ühte asja on lihtne märgata: sisse kvantmaailm gravitatsioonilist vastastikmõju ei võeta arvesse, kuna meil puudub gravitatsiooni kvantteooria. Ja teine on keerulisem: kolm mainitud kvantteooriat töötavad tavaliselt lamedas ruumis, kus gravitatsioonilised vastasmõjud võib tähelepanuta jätta. Sellele üldrelatiivsusteoorias vastavat aegruumi nimetatakse Minkowski ruumiks. Kuid musta augu lähedal ruum paindub ja muutub Schwarzschildi ruumiks.
Ja mis nendest saab kvantväljad mitte tühjas ja lamedas ruumis, vaid kõveras ruumis musta augu kõrval? Hawking lähenes sellele probleemile 1974. aastal, näidates, et nende väljade olemasolu kõveras ruumis musta augu lähedal põhjustab musta keha soojuskiirgust. teatud temperatuur. See temperatuur ja voog on seda väiksemad, mida massiivsem on must auk, kuna ruumi kõverus on väiksem suurema ja massiivsema musta augu sündmuste horisondis.
Populaarses teaduslik raamat, « Novell aeg" (ikkagi Amazonis "kosmoloogia" ja "relativistliku füüsika" osades #1), kirjeldab Stephen Hawking paaridest koosnevat ruumivaakumit. virtuaalsed osakesed/antiosakesed ilmuvad ja kaovad. Tema sõnul langeb mõnikord musta augu lähedal üks selle virtuaalpaari kahest komponendist sündmuste horisondist kaugemale, teine jääb aga väljapoole. Ta kirjutab, et sellisel hetkel põgeneb paari väline liige tõelise positiivse energiaga ja sisemine liige on negatiivne energia, mille tõttu musta augu mass väheneb, mis viib selle järkjärgulise aurustumiseni.
Loomulikult on see pilt vale. Alustuseks ei tule kiirgus mitte ainult musta augu sündmuste horisondi servalt, vaid kogu seda ümbritsevast ruumist. Kuid suurim eksiarvamus selle protsessi kohta on see, et must auk kiirgab tegelikult footoneid, mitte osakesi ja antiosakesi. Tegelikult on kiirgusel nii madal energia, et see ei ole üldse võimeline tekitama osakeste/osakeste paare.
Üritasin toimuva selgitust täiustada rõhutades, et jutt käib virtuaalosakestest ehk viisist kvantväljade visualiseerimiseks looduses; need ei ole päris osakesed. Kuid need omadused võivad viia tõelise kiirguse ilmnemiseni ja põhjustavad seda.
Kuid see pole täiesti tõsi. See seletus viitab sellele, et kiirgus on sündmuste horisondi lähedal tugev ning tundub nõrk ja madala temperatuuriga ainult suurel kaugusel mustast august. Tegelikkuses on kiirgus kõikjal väike ja sündmuste horisondiga saab seostada vaid väikest protsenti kiirgusest.
Tegelik seletus on palju keerulisem ja näitab, et sellel primitiivsel pildil on oma piirangud. Probleemi juur on selles, et erinevad vaatlejad saavad toimuvast ja osakeste tajumisest erinevat pilti ning see probleem on kõveras ruumis keerulisem kui tasapinnalises. Lihtsamalt öeldes näeb üks vaatleja tühja ruumi, kuid teine, kes liigub kiirendatud kiirusega, näeb selles osakesi. Hawkingi kiirguse olemus on pidevalt seotud sellega, kus vaatleja asub ja mida ta näeb, olenevalt sellest, kas ta liigub kiirendatud või puhkeasendis.
Luues musta augu kohta, kus seda polnud, kiirendate sündmuste horisondist väljapoole jäävaid osakesi, mis lõpuks selle horisondi sisse langevad. See protsess on selle kiirguse allikas ja Hawkingi arvutused näitavad, kui uskumatult pikk see aurustumisprotsess ajas on. Ühe päikesemassiga musta augu puhul kulub aurustumiseks 10 67 aastat. Universumi suurima musta augu jaoks, mille mass on 10 miljardit päikeseenergiat, kulub selleks 10 100 aastat. Tänapäeva universumi vanus on aga vaid umbes 10 10 aastat ja aurustumiskiirus on nii madal, et kulub veel 10 20 aastat, enne kui mustad augud hakkavad juhuslike kokkupõrgete tõttu tähtedevaheliste prootonite, neutronite või elektronidega kiiremini aurustuma, kui nad kasvavad. .
Seetõttu võib lugeja küsimusele lühidalt vastamiseks öelda, et Hawkingi maalitud pilt on ülelihtsustatud kuni ebakorrektsuseni. Pikem vastus on, et kiirgust põhjustab aine kukkumine musta auku ja sündmuste horisondi ümber oleva äärmiselt kõvera ruumi tõttu kiirgub see kiirgus nii aeglaselt, nii pikkade ajavahemike jooksul ja nii suurtes ruumimahtudes. Veelgi pikemate ja tehnilisemate selgituste jaoks soovitan pöörduda (kasvava keerukusega) Sabine Hossenfelderi, John Baezi ja Steve Giddingsi tekstide poole.
Eksperimentaalfüüsik Jeff Steinhauer firmast Technion (Iisrael) lõi musta augu kvantanaloogi, jälgis selle aurustumist (Hawkingi efekt) ja esmakordselt ka kvantpõimumist osakeste paari vahel, millest üks kukkus mudelobjektile. , ja teine eemaldus sellest. Uurimistulemused, mida teadlase kolleegid suure entusiastlikult tervitasid, avaldati ajakirjas Nature Physics.
Mustad augud on massiivsed objektid, mida piirab nn sündmuste horisont. Iga keha, mis jõuab musta auku, vastavalt üldine teooria relatiivsusteooria, kukub gravitatsiooniobjekti ega suuda sealt lahkuda. Seega ei saa musta augu mass klassikalise kirjelduse järgi väheneda. Olukord on muutumas kvantjuhtum, kus gravitatsiooniline objekt võib selle avastaja Stephen Hawkingi järgi nime saanud efektil aurustuda.
Nähtus taandub virtuaalosakeste paari moodustumisele sündmuste horisondil. Positiivse energiaga osake muutub tõeliseks ja lendab mustast august eemale ning teine negatiivse energiaga osake kukub sinna sisse ja vähendab seeläbi oma massi. Briti teadlase 1974. aastal kirjeldatud nähtus viitab soojuskiirguse olemasolule. Teadlase artikkel andis väljenduse selle temperatuuri kohta, mis osutus äärmiselt madalaks. Näiteks päikesemassiga musta augu puhul on see suurusjärgus miljondik kelvinit. Eristage nii madalat temperatuuri sisemise mürast astronoomilised vaatlused kaasaegsed meetodid võimatu.
Nõukogude teoreetiline füüsik Vladimir Gribov rääkis mustade aukude kiirgusest. Teadlane ei kirjutanud sellele pühendatud tööd, sest pidas seda nähtust "iseenesestmõistetavaks". Stephen Hawkingi gravitatsiooniliste objektide aurustumist käsitleva artikli avaldamisele eelnes visiit NSV Liitu, kus britt vestles Nõukogude teadlastega.
1981. aastal pakkus Kanada teoreetiline füüsik Bill Unruh välja musta augu hüdrodünaamilise analoogia, mida rakendati Steinhaueri katsetes. Reaalse gravitatsiooniobjekti sündmuste horisondil toimuvaga sarnast olukorda simuleeriti sazeri (akustilise laseri) abil, mis tekitas helilained eritüüp Bose-Einsteini kondensaadis - aine olek, mis koosneb bosonitest, mille temperatuur on lähedal absoluutne null. Selles faasis kvantefektid, mis toimuvad mikroskoopilisel tasemel, hakkavad avalduma makroskoopilisel tasandil: ligikaudu kogu kondensaadi aine käitub nagu üks makroskoopiline kvantosake.
Kondensaat koosnes kümnetest tuhandetest pilveks moodustatud rubiidium-87 aatomitest silindriline mitu millimeetrit pikk. Sellise keskkonna temperatuur on alla ühe kelvini ja heli kiirus selles on umbes pool millimeetrit sekundis. Ainsad häired süsteemis on kvantkõikumised. Keskkonna kirjeldamine toimub hüdrodünaamiliste meetoditega. See võimaldab kasutusele võtta mõiste foononid – kvaasiosakesed (fiktiivsed osakesed), mis kirjeldavad helivibratsiooni. Need on nemad virtuaalne sünd Steinhauer suutis jälgida kvantpõimumist sündmuste horisondi analoogi lähedal.
Selleks loodi Bose-Einsteini kondensaadi potentsiaalne kaev. Möödudes kiirenesid osakesed ülehelikiiruseni. Osa kondensaadist, mille osakesed liikusid ülehelikiirusel, oli musta augu analoog ja selle piirkond, kus osakesed liikusid täpselt helikiirusel, oli näidissündmuste horisont. Just sellel sündisid kvantkõikumiste tagajärjel fononipaarid, mille kvaasiosakesed hajusid vastasküljed allahelikiirusel ja ülehelikiirusel. Sarnast olukorda tuleks jälgida ka päris musta augu puhul.
Steinhauer suutis mõõta sellise kiirguse temperatuuri ja luua korrelatsiooni hajutatud osakeste vahel. Kvantmehaanikas on takerdumine nähtus, mille puhul vahemaaga eraldatud osakeste olekuid (nagu spinn või polarisatsioon) ei saa iseseisvalt kirjeldada. Korrelatsioon avaldus kondensaadi sama tihedusena vastandil, kuid võrdsed vahemaad mudelsündmuste horisondist. See asjaolu teadlane tõlgendas seda tegelikult kui esimest eksperimentaalset tõendit kvantpõimumise olemasolust musta augu sündmuste horisondis sündinud osakeste paaride vahel.
Steinhaueri viimane katse viidi läbi 4,6 tuhat korda kuue päeva jooksul. 50-aastane teadlane, kes on lõpetanud California ülikooli Berkeleys (USA), tegi kogu töö enda juhitavas laboris, kus ta on 2013. aastast ainuke töötaja. Kolleegid väldivad koostööd Steinhaueriga tema pedantsuse ja kõrgete nõudmiste tõttu. Varem lõi teadlane 2009. aastal musta augu hüdrodünaamilise analoogi ning 2014. aastal simuleeris Hawkingi kiirgust.
Steinhauer usub, et tema mudel aitab lahendada paradoksi teabe kadumisest mustadesse aukudesse ja osutab ühinemisviisidele kvantmehaanika ja üldine relatiivsusteooria. Eksperimenteerija optimismi ei jaga kõik teoreetikud. Näiteks Leonard Susskind Stanfordi ülikoolist (USA), kes töötas stringiteooria kallal, märgib, et mudelmustas augus ei kao infot ja seetõttu ei sobi see reaalse objekti paradoksi lahendamiseks.
Steinhaueri Iisraeli kolleeg, füüsik Ulf Leonhardt märkis, et hüdrodünaamilise musta auguga tehtud katsetes avastati kvantpõimumine ainult suure energiaga footonite puhul. Madala energiatarbega kvaasiosakeste puhul on mudeli puhul korrelatsioonid nõrgad. Viimane asjaolu ei kehti tõenäoliselt tõeliste mustade aukude puhul, kus kvantpõimumine toimub mis tahes energiaga footonite puhul.
Teadmiste ökoloogia. Teadus ja tehnoloogia: mis juhtub, kui must auk kaotab Hawkingi kiirguse tõttu piisavalt energiat, nii et selle energiatihedus ei ole enam piisav sündmuste horisondi singulaarsuse säilitamiseks? Teisisõnu, mis juhtub siis, kui must auk lakkab olemast must auk Hawkingi kiirguse tõttu?
Võttes arvesse mateeria universumis esinevate vormide mitmekesisust, on raske ette kujutada, et miljoneid aastaid eksisteerisid selles ainult neutraalsed vesiniku ja heeliumi aatomid. Võib-olla on sama raske ette kujutada, et kunagi, kvadriljonite aastate pärast kustuvad kõik tähed. Olemas on ainult praegu elava universumi jäänused, sealhulgas selle kõige muljetavaldavamad objektid: mustad augud. Kuid ka need ei kesta igavesti. Meie lugeja soovib täpselt teada, kuidas see juhtub:
Mis juhtub, kui must auk kaotab Hawkingi kiirguse tõttu piisavalt energiat, nii et selle energiatihedus ei ole enam piisav sündmuste horisondi singulaarsuse säilitamiseks? Teisisõnu, mis juhtub siis, kui must auk lakkab olemast must auk Hawkingi kiirguse tõttu?
Sellele küsimusele vastamiseks on oluline mõista, mis must auk tegelikult on.
Anatoomia on väga massiivne täht oma eluea jooksul, mis kulmineerus IIa tüüpi supernoovaga, kui tuuma tuumakütus saab otsa
Mustad augud tekivad peamiselt pärast seda, kui massiivse tähe tuum on kokku varisenud ja on kõik ära kasutanud. tuumakütus, ja lõpetas sellest raskemate elementide sünteesimise. Termotuumasünteesi aeglustumisel ja lakkamisel langeb südamikus kiirgusrõhk tugevalt, mis üksi hoidis tähte gravitatsioonilise kokkuvarisemise eest. Kui väliskihid läbivad sageli kontrolli alt väljuvaid termotuumasünteesi reaktsioone ja plahvatavad algtähe supernoovaks, siis tuum variseb esmalt neutrontäheks, aga kui selle mass on liiga suur, siis surutakse isegi neutronid kokku tihedasse olekusse. millest ilmub must auk. BH võib tekkida ka siis, kui neutrontäht akretsiooni käigus võtab see kaastähelt piisavalt massi ja ületab mustaks auguks muutumiseks vajaliku läve.
Kui neutrontäht kogub piisavalt ainet, võib see kokku kukkuda mustaks auguks. Kui must auk kogub ainet, kasvavad selle akretsiooniketas ja mass, kuna aine langeb sündmuste horisondist kaugemale.
Gravitatsiooni seisukohast on mustaks auguks saamiseks vaja ainult pakkida piisavalt massi piisavalt väikesesse ruumi, et valgus ei saaks teatud piirkonnast välja pääseda. Igal massil, sealhulgas planeedil Maa, on oma põgenemiskiirus: kiirus, mis tuleb saavutada gravitatsioonilise külgetõmbe eest põgenemiseks massikeskmest teatud kaugusel (näiteks kaugus Maa keskpunktist selle pinnani). Aga kui saavutate nii palju massi, et kiirus, mida peaksite saavutama teatud kaugusel massikeskmest, on võrdne valguse kiirusega - siis ei saa sellest midagi põgeneda, kuna miski ei saa valgusest mööduda.
Musta augu mass on ainus tegur, mis määrab mittepöörleva isoleeritud musta augu sündmuste horisondi raadiuse.
See kaugus massikeskmest, mille juures põgenemiskiirus võrdub valguse kiirusega – nimetagem seda R – määrab musta augu sündmuste horisondi suuruse. Kuid tõsiasi, et sellistes tingimustes on aine sees, toob kaasa vähemtuntud tagajärjed: see kõik peaks kokku varisema ainsuseks. Võib ette kujutada, et on olemas mateeria olek, mis võimaldab sellel sündmuste horisondi sees püsida stabiilsena ja omada piiratud mahtu – kuid see on füüsiliselt võimatu.
Väljapoole suunatud jõu saavutamiseks peab sees olev osake saatma jõudu kandva osakese massikeskmest eemale sündmuste horisondi suunas. Kuid seda jõudu kandvat osakest piirab ka valguse kiirus ja olenemata sellest, kus sündmuste horisondi sees viibite, lõpevad kõik maailma jooned selle keskmes. Aeglasemate ja massiivsemate osakeste puhul on asi veelgi hullem. Niipea, kui ilmub sündmuste horisondiga must auk, surutakse kogu selle sees olev aine singulaarsuseks.
Flammi paraboloidina tuntud Schwarzschildi musta augu välist aegruumi on lihtne arvutada. Aga sündmuste horisondi sees kõik geodeetilised jooned viivad keskse singulaarsuseni.
Ja kuna midagi ei pääse, võiks otsustada, et must auk on igavene. Ja kui poleks kvantfüüsikat, oleks see täpselt nii. Aga sisse kvantfüüsika Ruumile endale on omane nullist erinev energiahulk: kvantvaakum. Kõveras ruumis omandab kvantvaakum veidi teistsugused omadused kui lamedas ruumis ning pole piirkondi, kus kumerus oleks suurem kui musta augu singulaarsuse läheduses. Kui võrrelda neid kahte loodusseadust – kvantfüüsikat ja üldrelatiivsusteooriast lähtuvat aegruumi musta augu ümber – saame sellise nähtuse nagu Hawkingi kiirgus.
Kui teha arvutusi kvantväljateooria järgi kõveras ruumis, saad üllatava vastuse: musta augu sündmuste horisonti ümbritsevast ruumist kiirgub musta keha soojuskiirgust. Ja mida väiksem on sündmuste horisont, seda tugevam on ruumi kumerus selle kõrval ja seda suurem on Hawkingi kiirguse kiirus. Kui meie Päike oleks must auk, oleks selle Hawkingi kiirgustemperatuur 62 nK. Kui võtta meie galaktika keskel asuv must auk, mille mass on 4 000 000 korda suurem, siis on temperatuur juba 15 fK, vaid 0,000025% esimesest.
Liitpilt röntgenilt ja infrapuna vahemik, mis näitab musta auku meie galaktika keskel: Sagittarius A*. Selle mass on 4 miljonit korda suurem Päikese massist ja seda ümbritseb kuum gaas, mis kiirgab röntgenikiirgus. Samuti kiirgab see Hawkingi kiirgust (mida me ei suuda tuvastada), kuid palju madalamal temperatuuril.
See tähendab, et väikesed mustad augud aurustuvad kiiremini, samas kui suured elavad kauem. Arvutused näitavad, et päikesemassiga must auk eksisteerib enne aurustumist 10 67 aastat ja meie galaktika keskel asuv must auk elab enne aurustumist veel 10 20 korda kauem. Kuid kõige pöörasem selle kõige juures on see, et kuni viimase sekundi viimase murdosani hoiab must auk sündmuste horisondi kuni hetkeni, mil selle mass muutub nulliks.
Hawkingi kiirgus tuleneb paratamatult kvantfüüsika ennustustest musta augu sündmuste horisonti ümbritsevas kõveras aegruumis
Kuid musta augu elu viimast sekundit iseloomustab eriline ja väga suur energia vabanemine. Tal on jäänud üks sekund, kui tema mass langeb 228 tonnini. Sündmushorisondi suurus on sel hetkel 340 nm, see tähendab 3,4 × 10 -22: see on footoni lainepikkus, mille energia ületab kõik, mis on seni suures hadronite põrgatis saavutatud. Aga see viimane sekund Vabaneb 2,05 × 10 22 J energiat, mis vastab 5 miljonile megatonnile TNT-le. Nagu miljon tuumapommid plahvatada üheaegselt väikesel ruumialal - see on musta augu kiirguse viimane etapp.
Kui musta augu mass ja raadius kahaneb, suureneb selle Hawkingi kiirguse temperatuur ja võimsus.
Mis jääb alles? Ainult väljaminev kiirgus. Kui varem oli ruumis singulaarsus, milles mass, võib-olla ka laeng ja nurkimment eksisteerisid lõpmata väikeses mahus, ei ole nüüd enam midagi. Ruum taastatakse pärast lõpmatuna tunduvat intervalli oma varasemasse, mitteainsusesse olekusse: sellisest ajast piisab, et universumis juhtuks kõik, mis selles algusest peale juhtus, triljoneid triljoneid kordi. Kui see esimest korda juhtub, ei ole universumis enam tähti ega valgusallikaid ning pole kedagi, kes võiks selle vapustava plahvatuse juures viibida. Kuid sellel pole "piirangut". Must auk peaks täielikult aurustuma. Ja pärast seda ei jää meile teadaolevalt muud üle, kui väljaminev kiirgus.
Näiliselt igavese pideva pimeduse taustal ilmub üksainus valgussähvatus: universumi viimase musta augu aurustumine
Teisisõnu, kui teil oleks võimalik jälgida Universumi viimase musta augu aurustumist, näeksite tühja ruumi, milles pole 10 100 aastat või kauem olnud ühtegi tegevust. Ja järsku tekib teatud spektri ja võimsusega uskumatu kiirgussähvatus, mis pääseb ühest ruumipunktist välja kiirusega 300 000 km/s. Ja saab olema viimane kord vaadeldavas universumis, kui mõni sündmus seda kiirguses ujutab. Enne viimase musta augu aurustumist, öeldes poeetiline keel, Universum ütleb viimast korda: "Saagu valgus!" avaldatud
Kui teil on selle teema kohta küsimusi, esitage need meie projekti ekspertidele ja lugejatele.
Stephen Hawking oli üks esimesi populaarteaduslikke raamatuid, mida ma lugesin, ja ma vihkasin seda. Ma vihkasin seda, sest ma ei saanud aru. Selle raamatu frustratsioon oli üks peamisi põhjuseid, miks minust sai füüsik – noh, vähemalt tean, keda selles süüdistada.
Algne postitus ei saa kiidelda ideaalne struktuur narratiiv, mida ma ei muutnud. Kuid probleem on väga oluline ja aktuaalne ning selle arutlemise ja selgitamise eest võib Sabinale stiilivead andeks anda.
Ma lõpetasin selle raamatu vihkamise – pean tunnistama, et Hawkingi õhutusel süttis avalikkuse huvi füüsika fundamentaalsete küsimuste vastu (seotud mustade aukudega). Aga aeg-ajalt tahaks ikka seda neetud raamatut põrutada. Mitte sellepärast, et ma teda ei mõista, vaid sellepärast, et ta on nii paljusid inimesi selles veennud Nad mõista teda.
Selles raamatus maalis Hawking elegantse pildi mustade aukude aurustumisest, mida praegu kasutatakse laialdaselt. Tema arvates aurustuvad mustad augud seetõttu, et horisondi lähedal tekkinud virtuaalosakeste paarid rebivad hoovuse jõud laiali. Üks osakestest jõuab sündmuste horisondi taha ja kukub musta auku, teine aga lendab välja. Selle tulemusena kiirgab must auk sündmuste horisondil pidevalt osakesi. See on lihtne, intuitiivne ja täiesti vale.
See selgitus on lihtne illustratsioon, ei midagi enamat. Tegelikkuses – te ei imesta – on olukord keerulisem.
Osakeste paarid – niipalju kui kvantfüüsikas on mõtet osakestest rääkida – ei ole ruumis lokaliseeritud. Need on "määrdunud" ruumipiirkonnale, mis on võrreldav musta augu raadiusega ( u. sõidurada sarnane sellele, kuidas elektron ei liigu teatud orbiidil ümber aatomituuma, paiknedes mingis punktis, vaid "määrdub" ümber tuuma.). Osakeste paarid ei paista mitte punktidena, vaid kogu musta augu ulatuses hägustunud pilvedena ja eralduvad ainult musta augu raadiusega võrreldavatel vahemaadel. Pilti, mille Hawking maalis mittespetsialistidele, ei toeta ükski matemaatika. Selles on tõeelementi, kuid seda ei tohiks liiga tõsiselt võtta – see võib saada paljude väärarusaamade allikaks.
See, et Hawkingi seletus on ebatäpne, pole midagi uut – juba 70ndate algusest on teada, et Hawkingi kiirgus ei pärine päris silmapiirilt. Juba Birrelli ja Davise õpikus (1984) on selgelt kirjas, et kui eeldada kiirguse tekkimist silmapiiril ja vaadelda kiirgusprotsessi vastupidine suund aja järgi: sündmuste horisondile kaugelt lähenevate ja nende sagedust suurendavate osakeste jälgimiseks ("sinine nihe") ei anna see sündmuste horisondi lähedal asuva piirkonna õiget kirjeldust. Õige lähenemine on erinev: sündides Hawkingi paarist pärit osakesed "määritakse" ja segatakse omavahel, nii et saame rääkida neist kui "osakestest" ainult kohalikus tähenduses ( peame silmas üldrelatiivsusteooria seisukohalt kohalikku koordinaatsüsteemi, u.). Pealegi tuleb ausalt arvestada vaadeldavate suurustega, näiteks nurkimpulsi tensoriga.
Paaride tekkimise oletus sündmuste horisondist mõnel kaugusel oli vajalik 70ndatel ja 80ndatel füüsikuid hämmingus mõistatuse lahendamiseks. Musta augu kiirguse temperatuur on kaugelt vaadates väga madal. Kuid selleks, et see kiirgus musta augu külgetõmbejõust üldse pääseks, peab sellel olema alguses horisondi lähedal tohutu energia. Ja siis muutuks musta auku kukkuv vaatleja tuhaks, läbides sellise energiaga piirkonna. See omakorda rikub samaväärsuse põhimõtet, mille kohaselt musta auku kukkuv vaatleja ei tohiks horisondi ületamisel üldse midagi ebatavalist märgata.
Selle probleemi lahendamiseks tuleb arvestada, et kiirgust ei saa pidada silmapiirilt tulevaks. Kui ausalt välja arvutada horisondi lähedal olev energia-impulsi tensor, siis selgub, et see on üsna väike ja jääb selliseks ka horisondi ületamisel. Tegelikult on see nii väike, et sisselangev vaatleja suudaks erinevust tasasest ruumist märgata vaid musta augu raadiusega võrreldavatel kaugustel (mis on ühtlasi ka aegruumi kõveruse suurus). Siis kõik ühtlustub ja samaväärsuse põhimõtte rikkumist ei teki.
[Ma tean, et see kõik kõlab sarnaselt tulemüüriprobleemiga, millest ma varem rääkisin, kuid sellel on veidi erinev mõju. (umbes tulemüüri probleem tekib siis, kui mõelda eralduva osakese ja musta auku kukkumise vahele. Kvantmehaanika põhimõtete rahuldamiseks tuleb need korrelatsioonid hävitada. Korrelatsioonide hävimisel vabaneb tohutult energiat, mis loob silmapiirile "tulemüüri".) Sel juhul tekivad erinevaid probleeme kui arvutate horisondi lähedal. Tulemüüri ideed saab kritiseerida selle põhjal, et tulemüüri käsitlevas algses artiklis ei arvutatud energia-impulsi tensorit. Erinevalt teistest ei usu ma, et see probleem on.]
Tegelik arvutuslik põhjus, miks mustad augud osakesi kiirgavad, on see, et osakese mõiste on erinevate vaatlejate jaoks erinev.
Oleme harjunud, et osake kas on meiega või mitte. See kehtib aga ainult seni, kuni liigume üksteise suhtes ühtlaselt. Kui vaatleja (meie) kiirendab, muutub tema jaoks osakese määratlus. Mis näib vaatlejale tühja vaakumina, millal ühtlane liikumine, osutub kiirendusel osakestega täidetud. See efekt on nime saanud Bill Unruhi järgi, kes pakkus selle välja peaaegu samaaegselt Hawkingi musta augu kiirguse hüpoteesiga. Efekt ise on meile harjunud kiirenduste jaoks liiga väike ja me ei pane seda kunagi tähele.
Unruh’ efekt on tihedalt seotud musta augu aurustumise Hawkingi efektiga. Kui mustad augud tekivad, loob musta auku kokkuvarisev aine dünaamilise aegruumi, mille tulemuseks on kiirendus varasemate ja tulevaste vaatlejate vahel. Selle tulemusena täitub kokkuvariseva aine ümber olev aegruum, mis enne musta augu tekkimist osakesi ei sisaldanud, kollapsi hilisemates etappides soojuskiirgusega. See tähendab, et Hawkingi kiirgus on sama vaakum, mis algselt ümbritses kokkuvarisevat ainet, ( u. täpselt nagu Unruh' efektis, täitub vaakum kiirgusega, kui vaatleja kiirendab).
See on mustade aukude kiirguse allikas: osakese määratlus sõltub vaatlejast. Mitte nii lihtne kui Hawkingi pilt, kuid palju täpsem.
Hawkingi pilt osakeste-antiosakeste paaridest silmapiiril on muutunud nii uskumatult populaarseks, et isegi mõned füüsikud usuvad nüüd, et just nii juhtub ( Märkus per. Enne Sabina postitust mõtlesin ma ise oma häbiks täpselt nii). Asjaolu, et kiirguse sinine nihe, võttes arvesse selle levimist ajas lõpmatusest horisondini, toodab silmapiiril nii tohutut energiat, on kirjanduses kadunud. Kahjuks viib mustast august kaugel ja sündmuste horisondi lähedal asuvate Hawkingi osakeste voo vahelise seose valesti mõistmine ebaõige järelduseni, et see voog on palju tugevam, kui see tegelikult on. Näiteks pani see Mersini-Houghtoni tegema vigu, tuletades tõendit, et musti auke pole üldse olemas.
(Märkus per. Lisaks on artiklit lugemise hõlbustamiseks lühendatud, algses postituses käsitletakse raamatut “Õudne tegevus distantsil” ja arvutusi, kus arvutatakse välja täpne kaugus, mille juures Hawkingi kiirgus esineb – mitu musta augu raadiust – ja allikas. mõju arutatakse üksikasjalikult)
Kui Hawkingi raamat õpetas mulle üht, siis kleepuvad visuaalsed metafoorid võivad olla samamoodi needus kui õnnistus.
