, shimo jeusi. Kutokana na nishati na "href="http://ru.wikipedia.org/wiki/%D0%97%D0%B0%D0%BA%D0%BE%D0%BD_%D1%81%D0%BE%D1 %85%D1%80%D0%B0%D0%BD%D0%B5%D0%BD%D0%B8%D1%8F_%D1%8D%D0%BD%D0%B5%D1%80%D0%B3 %D0%B8%D0%B8">sheria ya uhifadhi wa nishati na, mchakato huu unaambatana na kupungua kwa wingi. shimo nyeusi, yaani kwa "uvukizi" wake. Kinadharia ilitabiriwa na Stephen Hawking katika mwaka. Kazi ya Hawking ilitanguliwa na ziara yake huko Moscow mnamo 1973, ambapo alikutana na wanasayansi wa Soviet Yakov Zeldovich na Alexander Starobinsky. Walimwonyesha Hawking kwamba, kulingana na kanuni ya kutokuwa na uhakika, mechanics ya quantum mashimo meusi yanayozunguka yanapaswa kutoa na kutoa chembe.

Uvukizi wa shimo nyeusi ni mchakato wa quantum tu. Ukweli ni kwamba dhana ya shimo jeusi kama kitu ambacho haitoi chochote, lakini kinaweza kunyonya maada tu, ni halali mradi tu haijazingatiwa. athari za quantum. Katika mechanics ya quantum, kutokana na uelekezaji, inawezekana kushinda Kizuizi Kinachowezekana" href="http://ru.wikipedia.org/wiki/%D0%9F%D0%BE%D1%82%D0%B5%D0 %BD %D1%86%D0%B8%D0%B0%D0%BB%D1%8C%D0%BD%D1%8B%D0%B9_%D0%B1%D0%B0%D1%80%D1%8C %D0 %B5%D1%80">vizuizi vinavyowezekana ambavyo haviwezi kushindwa kwa mfumo usio wa quantum.

Katika kesi ya shimo nyeusi, hali inaonekana kama kwa njia ifuatayo. Katika nadharia ya uwanja wa quantum, utupu wa kimwili hujazwa na mabadiliko ya mara kwa mara ya kuonekana na kutoweka ya nyanja mbalimbali (mtu anaweza kusema "chembe halisi"). Katika shamba nguvu za nje mienendo ya mabadiliko haya hubadilika, na ikiwa nguvu zina nguvu za kutosha, jozi za chembe-chembe zinaweza kuzaliwa moja kwa moja kutoka kwa utupu. Taratibu kama hizo pia hufanyika karibu (lakini bado nje) upeo wa tukio la shimo nyeusi. Katika kesi hii, kesi inawezekana wakati nishati ya jumla i ya antiparticle inageuka kuwa mbaya, na jumla ya nishati i ya chembe inageuka kuwa chanya. Kuanguka ndani ya shimo jeusi, antiparticle hupunguza nishati yake ya kupumzika, na hivyo wingi wake, wakati chembe inaweza kuruka mbali na infinity. Kwa mtazamaji wa mbali, hii inaonekana kama mionzi kutoka kwa shimo nyeusi.

Nini muhimu sio ukweli tu wa mionzi, lakini pia ukweli kwamba mionzi hii ina wigo wa joto. Hii ina maana kwamba mionzi karibu na upeo wa tukio la shimo nyeusi inaweza kuhusishwa na joto fulani

iko wapi Planck mara kwa mara, c- kasi ya mwanga katika utupu; k- Boltzmann mara kwa mara, G- mvuto mara kwa mara, na, hatimaye, M- wingi wa shimo nyeusi. Kwa kuendeleza nadharia, inawezekana kujenga thermodynamics kamili ya mashimo nyeusi.

Walakini, njia hii ya shimo nyeusi inapingana na mechanics ya quantum na inaongoza kwa shida ya kutoweka kwa habari kwenye shimo nyeusi.

Athari bado haijathibitishwa na uchunguzi. Kwa mujibu wa uhusiano wa jumla, wakati wa kuundwa kwa Ulimwengu, shimo nyeusi za awali zinapaswa kuzaliwa, ambazo baadhi yake (na uzito wa awali wa kilo 10 12) inapaswa kumaliza kuyeyuka kwa wakati wetu. Kwa kuwa kiwango cha uvukizi huongezeka kadiri saizi ya shimo jeusi inavyopungua, hatua za mwisho zinapaswa kuwa mlipuko wa shimo jeusi. Kufikia sasa, hakuna milipuko kama hiyo iliyorekodiwa.

Uthibitisho wa majaribio

Watafiti kutoka Chuo Kikuu cha Milan wanadai kwamba waliweza kuchunguza athari za mionzi ya Hawking, na kuunda antipode ya shimo nyeusi - kinachojulikana shimo nyeupe. Tofauti na shimo nyeupe, ambalo "huvuta" vitu vyote na mionzi kutoka nje, shimo nyeupe huacha kabisa mwanga unaoingia ndani yake, na hivyo kuunda mpaka, upeo wa tukio. Katika jaribio hilo, jukumu la shimo jeupe lilichezwa na kioo cha quartz kilicho na muundo fulani na kuwekwa ndani. hali maalum, ndani ambayo fotoni za mwanga zilisimama kabisa. Kuangaza kwa mwanga laser ya infrared kioo kilichotajwa hapo juu, wanasayansi waligundua na kuthibitisha kuwepo kwa athari ya kutoa tena, mionzi ya Hawking.

Mwanafizikia Jeff Steinhauer kutoka Israel Taasisi ya Teknolojia huko Haifa ilirekodi mionzi iliyotabiriwa na Stephen Hawking nyuma mnamo 1974. Mwanasayansi aliunda analog ya acoustic ya shimo nyeusi na alionyesha katika majaribio kwamba mionzi hutoka kutoka kwake, akiwa na asili ya quantum. Makala hiyo ilichapishwa katika jarida la Nature Physics, na BBC News iliripoti kwa ufupi kuhusu utafiti huo.
...Bado haiwezekani kugundua mionzi hii kutoka kwa shimo nyeusi halisi, kwa kuwa ni dhaifu sana. Kwa hivyo, Steinhauer alitumia analog yake - kinachojulikana kama "shimo kipofu". Ili kuiga upeo wa tukio la shimo jeusi, alichukua kiwambo cha Bose-Einstein kutoka kilichopozwa hadi karibu na sifuri kabisa joto la atomi ya rubidium.
Kasi ya uenezi wa sauti ndani yake ni ya chini sana - kuhusu 0.5 mm / sec. Na ikiwa utaunda mpaka, upande mmoja ambao atomi husogea kwa kasi ndogo, na kwa upande mwingine, huharakisha kasi ya juu, basi mpaka huu utakuwa sawa na upeo wa tukio la shimo nyeusi. Kiasi cha atomiki - ndani kwa kesi hii phononi - katika jaribio zilitekwa na kanda yenye kasi ya juu zaidi. Jozi za phonon zilitenganishwa, moja ilikuwa katika mkoa mmoja, na ya pili ilikuwa katika nyingine. Mahusiano yaliyorekodiwa na mwanasayansi yanaonyesha kuwa chembe hizo zimenaswa kwa wingi.

Tatizo la ulinganifu wa baryon kwa muda mrefu limechukua wanafizikia, kwani bila asymmetry hiyo kuwepo kwa nyota, sayari, watu na mengi zaidi itakuwa haiwezekani. Maandishi ya kazi inayolingana yanapatikana kwenye seva ya machapisho ya awali ya Chuo Kikuu cha Cornell.

Kutokana na mawazo yaliyopo kuhusu sheria za asili, haijulikani ni jinsi gani utawala unaoonekana wazi wa maada juu ya antimatter unaweza kutokea ndani yake. Wakati huo huo, swali hili ni muhimu kwa mageuzi ya Ulimwengu kama tunavyoijua. Ikiwa hakukuwa na jambo la kawaida zaidi, kila anti-chembe ingeguswa na atomi, na Ulimwengu wote ungegeuka kuwa picha za gamma, ambazo, kwa kweli, hazingeweza kutokea. miili ya mbinguni.

Waandishi huzingatia matokeo iwezekanavyo kuoza kwa mashimo meusi ya awali kwa usawa wa maada na antimatter katika Ulimwengu wa mapema. Shimo nyeusi za msingi ni zile ambazo bado hazijagunduliwa, lakini zimewekwa karibu. vikundi vya kisayansi vitu ambavyo vina uzito chini ya misa moja ya jua na inaaminika kuwa viliibuka katika sekunde ya kwanza baada ya hayo kishindo kikubwa.

Shimo nyeusi kama hizo, ikiwa zina misa ya kutosha, zinapaswa kuyeyuka haraka (shimo kubwa nyeusi, badala yake, huvukiza polepole sana, lakini huchukua vitu vinavyozunguka haraka, ambayo inahakikisha uwepo wao wa muda mrefu). Watafiti wanaonyesha kwamba ikiwa uvukizi wa shimo nyeusi ulitokea wakati wa kabla ya baridi ya Ulimwengu, wakati ulijaa hasa na mionzi, basi uvukizi kama huo haungeweza kuwa na athari yoyote maalum juu ya mageuzi yake. Walakini, ikiwa mashimo meusi ya msingi yaliyeyuka baadaye kidogo, wakati muda wa nafasi tayari ulikuwa umejaa maada badala ya mionzi, hali inabadilika sana.

Wakati shimo nyeusi hupuka, pamoja na photons, elektroni na positrons (antielectrons) zinapaswa pia kuonekana. Elektroni na antielektroni lazima ziangamize na kutoa fotoni mpya nishati ya juu. Kama matokeo, idadi ya fotoni kwenye Ulimwengu, kulingana na hesabu za waandishi, inapaswa kuwa kubwa. Kiasi kwamba ingerudi kwa muda katika hali ambayo mionzi inaitawala.

Hili ni hitimisho lisilotarajiwa. Ikiwa hali kama hiyo ilifanywa kwa vitendo, basi historia ya awali Ulimwengu haukuendelea kama ilivyofikiriwa hapo awali - badala ya enzi moja ya utawala wa mionzi, kulikuwa na mbili, na sababu ya mwanzo wa enzi ya pili ilikuwa uvukizi wa shimo nyeusi (katika hatua ya mwisho inaonekana kama mlipuko wa shimo dogo jeusi). Katika kesi hii, inayozingatiwa sasa baryon asymmetry ilipunguzwa sana na enzi ya pili iliyofuata ya utawala wa mionzi, na, kwa hivyo, sababu za kuibuka kwa asymmetry ya baryon katika Ulimwengu zinaweza pia kuwa tofauti kidogo na zile zilizozingatiwa hapo awali.

Labda, ugunduzi mkubwa zaidi Stephen Hawking, na sababu ya yeye ni maarufu sana kati ya wanafizikia, ni kwamba shimo nyeusi haziishi milele.

Wao huangaza nguvu zao kwa muda mrefu sana kupitia mchakato uliogunduliwa mwaka wa 1974 unaojulikana kama mionzi ya Hawking. Wiki hii msomaji aliuliza swali lifuatalo:

Tangu kugunduliwa kwa mionzi ya Hawking katika machapisho ya kisayansi inafafanuliwa kuwa uvukizi wa taratibu wa mashimo meusi kutokana na uundaji wa hiari wa chembe zilizonaswa karibu na upeo wa macho wa tukio. Wanasema kwamba chembe moja huingizwa kwenye shimo nyeusi, na nyingine huruka na kuwa mionzi ya Hawking. Kwa sababu ya mionzi hii, mashimo nyeusi hatua kwa hatua hupoteza misa, na matokeo yake hupotea kabisa. Swali ni je, ikiwa chembe moja itaanguka kwenye shimo jeusi na ya pili ikaruka, kwa nini shimo jeusi linakuwa dogo? Je! si yeye, kinyume chake, kupata uzito?

Swali kubwa lililokuwa na maoni potofu kadhaa, ambayo mengine yalisababishwa na Hawking mwenyewe. Hebu tujue!

Zaidi ya miaka 101 iliyopita, ya kwanza kabisa suluhisho kamili Nadharia ya jumla relativity: muda wa angani unaoelezea umoja mkubwa uliozungukwa na upeo wa matukio. Ugunduzi huo ulifanywa na Karl Schwarzschild, ambaye mara moja aligundua kwamba alikuwa ameelezea shimo nyeusi: kitu kikubwa na kikubwa ambacho hata mwanga haungeweza kutoroka kutoka humo. mvuto wa mvuto.

Kwa muda mrefu sana iliaminika kuwa ikiwa utaweka misa ya kutosha pamoja, ukiiweka kwenye eneo ndogo la kutosha la nafasi, kuanguka kwa mvuto ndani ya shimo jeusi hakuwezi kutenduliwa, na kwamba bila kujali usanidi wa awali wa misa, umoja huo ungewezekana. kuwa uhakika na upeo wa macho wa tukio utakuwa tufe. Kigezo pekee cha kupendeza kwa wanasayansi - saizi ya upeo wa tukio - inapaswa kuamuliwa tu na wingi wa shimo nyeusi.

Kwa kunyonya kwa shimo nyeusi kila kitu zaidi jambo, wingi wake huongezeka, na huongezeka kwa ukubwa. Kwa muda mrefu sana iliaminika kwamba hii itaendelea mpaka hakuna jambo lililoachwa kunyonya, au hadi mwisho wa Ulimwengu utakapokuja.

Lakini utoaji huu ulibadilisha kitu. Ugunduzi wa kimapinduzi kwamba Ulimwengu wetu umeundwa na vidogo chembe zisizogawanyika, kutii seti yao ya sheria, seti ya quantum. Chembe huingiliana kwa njia tofauti mwingiliano wa kimsingi, ambayo kila moja inaweza kuwakilishwa kama seti ya sehemu za quantum.

Je, ungependa kujua jinsi chembe mbili zinazochajiwa zinavyoingiliana, au jinsi fotoni zinavyoingiliana? Yote yanadhibitiwa electrodynamics ya quantum, au nadharia ya quantum mwingiliano wa sumakuumeme. Vipi kuhusu chembe zinazohusika na nguvu kali: nguvu inayoshikilia protoni na chembe nyingine katika viini pamoja? Hii ni chromodynamics ya quantum, au nadharia ya quantum. mwingiliano wenye nguvu. Vipi kuhusu kuoza kwa mionzi? Hii ni nadharia ya quantum ya mwingiliano dhaifu wa nyuklia.

Lakini kit hiki kinakosa vipengele viwili. Jambo moja ni rahisi kutambua: in ulimwengu wa quantum mwingiliano wa mvuto hauzingatiwi, kwani hatuna nadharia ya quantum mvuto. Na ya pili ni ngumu zaidi: nadharia tatu zilizotajwa za quantum kawaida hufanya kazi katika nafasi ya gorofa, wapi mwingiliano wa mvuto inaweza kupuuzwa. Wakati wa nafasi unaolingana na hii kwa uhusiano wa jumla unaitwa nafasi ya Minkowski. Lakini karibu na shimo nyeusi, nafasi huinama na kugeuka kuwa nafasi ya Schwarzschild.

Na nini kinatokea kwa hawa mashamba ya quantum si katika nafasi tupu na bapa, lakini katika nafasi iliyopinda karibu na shimo jeusi? Hawking alishughulikia shida hii mnamo 1974, akionyesha kuwa uwepo wa uwanja huu katika nafasi iliyopindika karibu na shimo jeusi husababisha kuonekana kwa mionzi ya joto kutoka kwa mwili mweusi. joto fulani. Halijoto na mtiririko huu ni wa chini kadiri shimo jeusi linavyokuwa kubwa zaidi, kwa sababu ya ukweli kwamba kupindika kwa nafasi ni kidogo katika upeo wa tukio la shimo nyeusi kubwa na kubwa zaidi.

Katika maarufu kitabu cha kisayansi, « Hadithi fupi time" (bado nambari 1 kwenye Amazon katika sehemu ya "cosmology" na "relativistic physics"), Stephen Hawking anaelezea utupu wa nafasi unaojumuisha jozi. chembe virtual/antiparticles kuonekana na kutoweka. Kulingana na yeye, karibu na shimo jeusi, wakati mwingine moja ya sehemu mbili za jozi hii ya kawaida huanguka nje ya upeo wa macho, wakati nyingine inabaki nje. Kwa wakati kama huo, anaandika, mwanachama wa nje wa wanandoa hukimbia na nishati halisi, chanya, na mwanachama wa ndani ana nishati hasi, kutokana na ambayo wingi wa shimo nyeusi hupungua, ambayo inaongoza kwa uvukizi wake wa taratibu.

Kwa kawaida, picha hii si sahihi. Kuanza, mionzi haitoi tu kutoka kwa ukingo wa upeo wa tukio la shimo nyeusi, lakini kutoka kwa nafasi nzima inayoizunguka. Lakini maoni potofu zaidi juu ya mchakato huu ni kwamba shimo nyeusi hutoa fotoni, sio chembe na antiparticles. Kwa kweli, mionzi ina nishati ya chini sana kwamba haina uwezo wa kutoa jozi za chembe/antiparticle hata kidogo.

Nilijaribu kuboresha maelezo ya kile kinachotokea kwa kusisitiza kwamba tunazungumza juu ya chembe za kawaida, yaani, kuhusu njia ya kuibua nyanja za quantum katika asili; hizi si chembe halisi. Lakini mali hizi zinaweza na kusababisha kuonekana kwa mionzi halisi.

Lakini hii si kweli kabisa. Ufafanuzi huu unamaanisha kuwa mionzi itakuwa kali karibu na upeo wa tukio, na itaonekana dhaifu na ya chini ya joto tu kwa umbali mkubwa kutoka kwa shimo nyeusi. Kwa kweli, mionzi ni ndogo kila mahali, na asilimia ndogo tu ya mionzi inaweza kuhusishwa na upeo wa matukio yenyewe.

Ufafanuzi halisi ni ngumu zaidi, na unaonyesha kuwa picha hii ya zamani ina mapungufu yake. Mzizi wa tatizo ni kwamba waangalizi tofauti hupata picha tofauti za kile kinachotokea na mtazamo wa chembe, na tatizo hili ni ngumu zaidi katika nafasi iliyopigwa kuliko katika nafasi ya gorofa. Kuweka tu, mwangalizi mmoja ataona nafasi tupu, lakini mwingine, akisonga kwa kasi ya kasi, ataona chembe ndani yake. Kiini cha mionzi ya Hawking inahusiana mara kwa mara na wapi mwangalizi yuko na kile anachokiona, kulingana na ikiwa anasonga kwa kasi au amepumzika.

Kwa kuunda shimo jeusi mahali ambapo hapakuwa na chochote, unaongeza kasi ya chembe nje ya upeo wa tukio, ambazo hatimaye huanguka ndani ya upeo huu. Utaratibu huu ndio chanzo cha mionzi hii, na hesabu za Hawking zinaonyesha jinsi mchakato huu wa uvukizi umepanuliwa kwa wakati. Kwa shimo nyeusi na wingi wa molekuli moja ya jua, uvukizi utachukua miaka 10 67. Kwa shimo jeusi kubwa zaidi katika Ulimwengu na uzito wa jua bilioni 10, hii itachukua miaka 10,100. Hata hivyo, umri wa ulimwengu wa leo ni takriban miaka 10 10 tu, na kiwango cha uvukizi ni cha chini sana kwamba itakuwa miaka 10 20 kabla ya mashimo meusi kuanza kuyeyuka haraka kuliko yanavyokua kwa sababu ya migongano ya nasibu na protoni za nyota, neutroni au elektroni. .

Kwa hivyo, kujibu kwa ufupi swali la msomaji, tunaweza kusema kwamba picha iliyochorwa na Hawking imerahisishwa zaidi hadi kuwa sio sahihi. Jibu refu zaidi ni kwamba mionzi husababishwa na maada kutumbukia kwenye shimo jeusi, na kwa sababu ya nafasi iliyopinda sana kuzunguka upeo wa macho wa tukio, mionzi hii hutolewa polepole sana, kwa muda mrefu na kwa kiasi kikubwa cha nafasi. Kwa maelezo marefu zaidi na ya kiufundi, ninapendekeza kugeuza (katika kuongezeka kwa utata) kwa maandishi ya Sabine Hossenfelder, John Baez na Steve Giddings.

Ikolojia ya maarifa. Sayansi na Teknolojia: Ni nini hufanyika wakati shimo jeusi linapoteza nishati ya kutosha kutokana na mionzi ya Hawking ambayo msongamano wake wa nishati hautoshi tena kudumisha umoja na upeo wa macho wa tukio? Kwa maneno mengine, nini kinatokea wakati shimo jeusi linaacha kuwa shimo jeusi kwa sababu ya mionzi ya Hawking?

Ni vigumu kufikiria, kutokana na aina mbalimbali za maumbo ambayo maada huchukua katika Ulimwengu, kwamba kwa mamilioni ya miaka tu atomi zisizo na upande za hidrojeni na heliamu zilikuwepo ndani yake. Labda ni vigumu kufikiria kwamba siku moja, katika quadrillions ya miaka, nyota zote zitatoka. Mabaki tu ya Ulimwengu unaoishi sasa yatakuwepo, pamoja na vitu vyake vya kuvutia zaidi: shimo nyeusi. Lakini wao si wa milele pia. Msomaji wetu anataka kujua hasa jinsi hii itatokea:

Ni nini hufanyika wakati shimo jeusi linapoteza nishati ya kutosha kutokana na mionzi ya Hawking ambayo msongamano wake wa nishati hautoshi tena kudumisha umoja na upeo wa macho wa tukio? Kwa maneno mengine, nini kinatokea wakati shimo jeusi linaacha kuwa shimo jeusi kwa sababu ya mionzi ya Hawking?

Ili kujibu swali hili, ni muhimu kuelewa ni nini shimo nyeusi ni kweli.

Anatomy ni sana nyota kubwa wakati wa uhai wake, ikifikia kilele cha aina ya IIa supernova wakati kiini kinapoishiwa na mafuta ya nyuklia

Shimo nyeusi huundwa hasa baada ya msingi wa nyota kubwa kuanguka na imetumia kila kitu. mafuta ya nyuklia, na ikaacha kuunganisha vipengele vizito zaidi kutoka kwayo. Kwa kupungua na kukoma kwa muunganisho, msingi hupata kushuka kwa nguvu kwa shinikizo la mionzi, ambayo pekee iliizuia nyota kutoka kuanguka kwa mvuto. Wakati tabaka za nje mara nyingi hupitia athari za muunganisho zisizodhibitiwa na kulipuka nyota ya asili kuwa supernova, msingi huanguka kwanza kuwa nyota ya neutroni, lakini ikiwa uzito wake ni mkubwa sana, basi hata neutroni hubanwa kuwa hali mnene. ambayo shimo nyeusi inaonekana. BH pia inaweza kutokea wakati nyota ya neutron wakati wa mchakato wa kuongezeka, itachukua wingi wa kutosha kutoka kwa nyota ya rafiki, na itavuka kizingiti muhimu ili kugeuka kwenye shimo nyeusi.

Wakati nyota ya nyutroni inapata maada ya kutosha, inaweza kuanguka kwenye shimo jeusi. Wakati shimo jeusi linapata jambo, diski yake ya uongezaji na wingi hukua kadiri maada inavyozidi upeo wa upeo wa tukio.

Kwa mtazamo wa mvuto, kinachohitajika ili kuwa shimo jeusi ni kubeba misa ya kutosha ndani ya kiasi kidogo cha kutosha ambacho mwanga hauwezi kutoroka kutoka eneo fulani. Kila molekuli, pamoja na sayari ya Dunia, ina kasi yake ya kutoroka: kasi ambayo lazima ifikiwe ili kutoroka kutoka kwa mvuto wa mvuto kwa umbali fulani (kwa mfano, umbali kutoka katikati ya Dunia hadi uso wake) kutoka katikati ya misa. Lakini ikiwa unapata misa ya kutosha ili kasi unayohitaji kupata kwa umbali fulani kutoka katikati ya misa ni sawa na kasi ya mwanga - basi hakuna kitu kinachoweza kutoroka kutoka kwake, kwa kuwa hakuna kitu kinachoweza kufikia mwanga.

Uzito wa shimo jeusi ndio kipengele pekee kinachoamua eneo la upeo wa macho wa tukio kwa shimo jeusi lililotengwa na lisilozunguka.

Umbali huu kutoka katikati ya wingi ambapo kasi ya kutoroka ni sawa na kasi ya mwanga - hebu tuite R - huamua ukubwa wa upeo wa tukio la shimo nyeusi. Lakini ukweli kwamba chini ya hali kama hizi kuna jambo ndani husababisha matokeo ambayo hayajulikani sana: yote yanapaswa kuanguka kwa umoja. Inawezekana kufikiria kuwa kuna hali ya jambo ambayo inaruhusu kubaki thabiti na kuwa na kiasi kidogo ndani ya upeo wa matukio - lakini hii haiwezekani kimwili.

Ili kuwa na nguvu ya nje, chembe iliyo ndani lazima itume chembe iliyobeba nguvu kutoka katikati ya wingi na kuelekea upeo wa tukio. Lakini chembe hii ya kubeba nguvu pia inadhibitiwa na kasi ya mwanga, na haijalishi uko wapi ndani ya upeo wa matukio, mistari yote ya ulimwengu inaishia katikati yake. Kwa chembe polepole na kubwa zaidi, mambo ni mabaya zaidi. Mara tu shimo jeusi lenye upeo wa matukio linapotokea, mambo yote ndani yake hubanwa kuwa umoja.

Muda wa anga za juu wa shimo jeusi la Schwarzschild, linalojulikana kama Flamm paraboloid, ni rahisi kukokotoa. Lakini ndani ya upeo wa macho kila kitu mistari ya geodetic kusababisha umoja wa kati.

Na, kwa kuwa hakuna kitu kinachoweza kuepuka, mtu anaweza kuamua kuwa shimo nyeusi ni la milele. Na kama isingekuwa kwa fizikia ya quantum, hii ingekuwa hivyo. Lakini katika fizikia ya quantum Kuna kiasi kisicho sifuri cha nishati asilia katika nafasi yenyewe: utupu wa quantum. Katika nafasi iliyopinda, utupu wa quantum huchukua sifa tofauti kidogo kuliko katika nafasi tambarare, na hakuna maeneo ambapo mpindano ungekuwa juu zaidi kuliko katika eneo la umoja wa shimo jeusi. Ikiwa tutalinganisha sheria hizi mbili za asili - fizikia ya quantum na muda wa nafasi kutoka kwa uhusiano wa jumla karibu na shimo nyeusi - tunapata jambo kama mionzi ya Hawking.

Ikiwa utafanya hesabu kulingana na nadharia ya uwanja wa quantum katika nafasi iliyopinda, utapata jibu la kushangaza: kutoka kwa nafasi inayozunguka upeo wa tukio la shimo nyeusi, mionzi ya joto mwili mweusi. Na kadiri upeo wa macho wa tukio ulivyo mdogo, ndivyo mpindano wa nafasi karibu nayo unavyokuwa na nguvu zaidi, na ndivyo kasi ya mionzi ya Hawking inavyoongezeka. Ikiwa Jua letu lingekuwa shimo jeusi, joto lake la mionzi ya Hawking lingekuwa 62 nK. Ikiwa tutachukua shimo nyeusi katikati ya Galaxy yetu, ambayo wingi wake ni mara 4,000,000 zaidi, basi joto tayari litakuwa 15 fK, tu 0.000025% ya kwanza.

Picha ya mchanganyiko kutoka kwa x-ray na safu ya infrared, ambayo inaonyesha shimo jeusi katikati ya Galaxy yetu: Sagittarius A*. Uzito wake ni mara milioni 4 ya Jua, na umezungukwa na gesi moto ambayo hutoa. X-rays. Pia hutoa mionzi ya Hawking (ambayo hatuwezi kutambua), lakini kwa joto la chini sana.

Hii ina maana kwamba mashimo madogo nyeusi huvukiza kwa kasi, wakati kubwa huishi kwa muda mrefu. Mahesabu yanasema kwamba shimo jeusi la molekuli ya jua litakuwepo kwa miaka 10 67 kabla ya kuyeyuka, na shimo jeusi katikati ya gala yetu litaishi mara 10 zaidi ya 20 kabla ya kuyeyuka. Lakini jambo la kichaa zaidi kuhusu haya yote ni kwamba hadi sehemu ya mwisho kabisa ya sekunde ya mwisho kabisa, shimo jeusi litadumisha upeo wa matukio, hadi wakati ambapo wingi wake unakuwa sifuri.

Mionzi ya hawking hufuata bila shaka utabiri wa fizikia ya quantum katika muda wa nafasi uliopinda unaozunguka upeo wa tukio wa shimo jeusi.

Lakini pili ya mwisho ya maisha ya shimo nyeusi itakuwa na sifa ya kutolewa maalum na kubwa sana ya nishati. Atakuwa amebakiza sekunde moja wakati uzito wake utashuka hadi tani 228. Saizi ya upeo wa macho wa tukio kwa wakati huu itakuwa 340 nm, ambayo ni, 3.4 × 10 -22: hii ni urefu wa mawimbi ya picha na nishati inayozidi kila kitu ambacho kimepatikana hadi sasa kwenye Collider Kubwa ya Hadron. Lakini hii sekunde ya mwisho 2.05 × 10 22 J ya nishati itatolewa, sawa na megatoni milioni 5 za TNT. Kama milioni mabomu ya nyuklia kulipuka wakati huo huo katika eneo ndogo la nafasi - hii ni hatua ya mwisho ya mionzi ya shimo nyeusi.

Shimo jeusi linapopungua kwa wingi na eneo, mionzi yake ya Hawking huongezeka kwa joto na nguvu.

Nini kitabaki? Mionzi inayotoka tu. Ambapo hapo awali kulikuwa na umoja katika nafasi ambayo wingi, na uwezekano wa malipo na kasi ya angular ilikuwepo kwa kiasi kisicho na kikomo, sasa hakuna chochote. Nafasi inarejeshwa katika hali yake ya awali, isiyo ya umoja, baada ya muda ambao ulionekana usio na kipimo: wakati kama huo unatosha kwa kila kitu kutokea katika Ulimwengu kilichotokea ndani yake tangu mwanzo, trilioni za trilioni za nyakati. Hili likitokea kwa mara ya kwanza, hakutakuwa tena na nyota au vyanzo vya nuru katika Ulimwengu, na hakutakuwa na mtu yeyote ambaye angekuwepo kwa mlipuko huu wa kustaajabisha. Lakini hakuna "kikomo" kwa hili. Shimo nyeusi lazima kuyeyuka kabisa. Na baada ya hayo, kwa kadiri tunavyojua, hakutakuwa na chochote isipokuwa mionzi inayotoka.

Kinyume na hali inayoonekana kuwa ya milele ya giza la mara kwa mara, mwanga mmoja wa mwanga utaonekana: uvukizi wa shimo nyeusi la mwisho katika Ulimwengu.

Kwa maneno mengine, ikiwa ungeweza kuona uvukizi wa shimo nyeusi la mwisho katika Ulimwengu, utaona nafasi tupu ambayo haijawahi kuwa na dalili ya shughuli kwa miaka 10,100 au zaidi. Na ghafla flash ya ajabu ya mionzi ya wigo fulani na nguvu itaonekana, kukimbia kutoka kwa hatua moja katika nafasi kwa kasi ya 300,000 km / s. Na itakuwa mara ya mwisho katika Ulimwengu unaoonekana wakati tukio fulani huiosha kwenye mionzi. Kabla ya uvukizi wa shimo nyeusi mwisho, akisema lugha ya kishairi, Ulimwengu utasema kwa mara ya mwisho: “Kuwe na nuru!” iliyochapishwa

Ikiwa una maswali yoyote juu ya mada hii, waulize wataalam na wasomaji wa mradi wetu.

Stephen Hawking ni mojawapo ya vitabu vya kwanza vya sayansi ambavyo nilisoma, na nilichukia. Nilichukia kwa sababu sikuelewa. Kuchanganyikiwa kwa kitabu hiki ilikuwa moja ya sababu kuu zilizonifanya kuwa mwanafizikia - vizuri, angalau najua ni nani wa kulaumiwa kwa hilo.

Chapisho asili haliwezi kujivunia muundo bora simulizi, ambayo sikuibadilisha. Lakini tatizo ni muhimu sana na linafaa, na kwa majadiliano na maelezo yake Sabina anaweza kusamehewa kwa makosa ya mtindo.

Niliacha kuchukia kitabu hiki - lazima nikubali, Hawking alizua shauku ya umma katika maswali ya kimsingi ya fizikia (yanayohusiana na shimo nyeusi). Lakini kila kukicha bado nataka kupiga kitabu kibaya. Sio kwa sababu simuelewi, lakini kwa sababu amewashawishi watu wengi hivyo Wao kumuelewa.

Katika kitabu hiki, Hawking alichora picha ya kifahari ya uvukizi wa shimo nyeusi ambayo sasa inatumika sana. Kwa maoni yake, mashimo meusi huyeyuka kwa sababu jozi za chembe pepe zinazoundwa karibu na upeo wa macho husambaratishwa na nguvu za mawimbi. Moja ya chembe huishia zaidi ya upeo wa macho wa tukio na huanguka kwenye shimo nyeusi, wakati ya pili inaruka nje. Matokeo yake, shimo nyeusi daima hutoa chembe kwenye upeo wa tukio. Ni rahisi, ni angavu, na ni makosa kabisa.

Maelezo haya ni kielelezo rahisi, hakuna zaidi. Kwa kweli - hautashangaa - hali ni ngumu zaidi.

Jozi za chembe - kwa kadri inavyoeleweka kuzungumza juu ya chembe katika fizikia ya quantum - hazijanibishwa angani. "Zimepakwa" juu ya eneo la nafasi kulinganishwa na radius ya shimo nyeusi ( takriban. njia sawa na jinsi elektroni haisogei katika obiti fulani karibu na kiini cha atomi, ikiwa iko wakati fulani, lakini "hupigwa" karibu na kiini.) Jozi za chembe hazionekani kama nukta, lakini kama mawingu yalivyofifia kwenye shimo jeusi, na hutengana tu kwa umbali unaolingana na eneo la shimo jeusi. Picha ambayo Hawking alichora kwa wasio wataalamu haiungwi mkono na hisabati yoyote. Kuna kipengele cha ukweli ndani yake, lakini haipaswi kuchukuliwa kwa uzito sana - inaweza kuwa chanzo cha mawazo mengi potofu.

Kwamba maelezo ya Hawking si sahihi si jambo jipya - imejulikana tangu mwanzoni mwa miaka ya 70 kwamba mionzi ya Hawking haitokei kwenye upeo wa macho. Tayari katika kitabu cha kiada cha Birrell na Davis (1984) imeandikwa wazi kwamba ikiwa tutachukua tukio la mionzi kwenye upeo wa macho na kuzingatia mchakato wa mionzi. mwelekeo wa nyuma kwa wakati: kufuatilia chembe zinazokaribia upeo wa macho wa tukio kutoka mbali na kuongeza marudio yao ("kuhama kwa bluu"), hii haitatoa maelezo sahihi ya eneo karibu na upeo wa matukio. Njia sahihi zitakuwa tofauti: chembe kutoka kwa jozi ya Hawking wakati wa kuzaliwa "hupakwa" na kuchanganywa kila mmoja, kwa hivyo tunaweza kuzungumza juu yao kama "chembe" kwa maana ya kawaida tu ( hii inamaanisha mfumo wa kuratibu wa ndani kutoka kwa mtazamo wa uhusiano wa jumla, takriban.) Zaidi ya hayo, mtu lazima azingatie kwa uaminifu idadi inayoonekana, kama vile tensor ya kasi ya angular.

Dhana ya kutokea kwa jozi kwa umbali fulani kutoka kwenye upeo wa macho ilikuwa muhimu ili kutatua kitendawili kilichowashangaza wanafizikia katika miaka ya 70 na 80. Joto la mionzi ya shimo nyeusi ni ya chini sana linapotazamwa kutoka mbali. Lakini ili mionzi hii iepuke kutoka kwa mvuto wa shimo jeusi hata kidogo, lazima mwanzoni iwe na nishati kubwa karibu na upeo wa macho. Na kisha mwangalizi akianguka ndani ya shimo nyeusi angegeuka kuwa majivu, akipitia kanda yenye nishati hiyo. Hii kwa upande inakiuka kanuni ya usawa, kulingana na ambayo mwangalizi akianguka kwenye shimo nyeusi haipaswi kuona chochote kisicho cha kawaida wakati wa kuvuka upeo wa macho.

Ili kutatua tatizo hili, ni lazima izingatiwe kwamba mionzi haiwezi kuchukuliwa kuwa inatoka kwenye upeo wa macho yenyewe. Ikiwa tunahesabu kwa uaminifu tensor ya kasi ya nishati karibu na upeo wa macho, inageuka kuwa ni ndogo sana, na inabaki hivyo wakati wa kuvuka upeo wa macho. Kwa kweli, ni ndogo sana hivi kwamba mtazamaji anayeanguka ataweza tu kugundua tofauti kutoka kwa nafasi tambarare kwa umbali unaolinganishwa na radius ya shimo jeusi (ambayo pia ni saizi ya mpito wa muda wa angani). Kisha kila kitu kinaungana, na hakuna ukiukaji wa kanuni ya usawa hutokea.

[Ninajua hii yote inasikika sawa na shida ya ngome niliyojadili hapo awali, lakini ina athari tofauti kidogo. (takriban. Shida ya ngome huibuka wakati mtu anazingatia msongamano kati ya chembe iliyotolewa na moja kuanguka kwenye shimo jeusi. Ili kukidhi kanuni za mechanics ya quantum, uunganisho huu lazima uharibiwe. Wakati uunganisho unaharibiwa, nishati kubwa hutolewa, ambayo huunda "ukuta wa moto" kwenye upeo wa macho.) Katika kesi hii, kuna kutokea matatizo mbalimbali wakati wa kompyuta karibu na upeo wa macho. Wazo la firewall linaweza kukosolewa kwa msingi wa kwamba katika makala ya awali kuhusu firewall, tensor ya kasi ya nishati haikuhesabiwa. Tofauti na wengine, sidhani kama hili ndilo tatizo.]

Sababu halisi ya hesabu kwa nini shimo nyeusi hutoa chembe ni kwamba dhana ya chembe ni tofauti kwa waangalizi tofauti.

Tumezoea ukweli kwamba chembe iko nasi au la. Walakini, hii ni kweli mradi tu tunasonga kwa usawa kulingana na kila mmoja. Ikiwa mwangalizi (sisi) anaongeza kasi, ufafanuzi wa chembe kwake hubadilika. Kinachoonekana kuwa ombwe tupu kwa mtazamaji wakati mwendo wa sare, inageuka kujazwa na chembe wakati wa kuongeza kasi. Athari hii imepewa jina la Bill Unruh, ambaye aliipendekeza karibu wakati huo huo na nadharia ya mionzi ya shimo nyeusi ya Hawking. Athari yenyewe ni ndogo sana kwa uongezaji kasi ambao tumezoea, na hatutambui kamwe.

Athari ya Unruh inahusiana kwa karibu na athari ya Hawking ya uvukizi wa shimo nyeusi. Wakati mashimo meusi yanapotokea, maada kuporomoka ndani ya shimo jeusi huunda muda unaobadilika wa anga ambao husababisha kuongeza kasi kati ya waangalizi wa zamani na wa siku zijazo. Matokeo yake, muda wa nafasi karibu na jambo linaloanguka, ambalo halikuwa na chembe kabla ya shimo jeusi kuibuka, hujazwa na mionzi ya joto katika hatua za baadaye za kuanguka. Hiyo ni, mionzi ya Hawking ni utupu ule ule ambao hapo awali ulizunguka kitu kinachoanguka, ( takriban. sawasawa na athari ya Unruh, utupu hujazwa na mionzi wakati mwangalizi anaongeza kasi).

Hii ndiyo chanzo cha mionzi kutoka kwa mashimo nyeusi: ufafanuzi sana wa chembe hutegemea mwangalizi. Sio rahisi kama picha ya Hawking, lakini ni sahihi zaidi.

Picha ya Hawking ya jozi za chembe-antiparticle kwenye upeo wa macho imekuwa maarufu sana hivi kwamba hata baadhi ya wanafizikia sasa wanaamini kwamba hii ndio hasa hufanyika ( Kumbuka kwa. Kabla ya chapisho la Sabina, mimi mwenyewe, kwa aibu yangu, nilifikiria hivi hasa) Ukweli kwamba mabadiliko ya bluu ya mionzi, wakati wa kuzingatia uenezi wake nyuma kutoka kwa infinity hadi upeo wa macho, hutoa nishati kubwa sana kwenye upeo wa macho imepotea katika maandiko. Kwa bahati mbaya, kutoelewana kwa uhusiano kati ya mtiririko wa chembe za Hawking mbali na shimo nyeusi na karibu na upeo wa tukio husababisha hitimisho lisilo sahihi kwamba flux hii ina nguvu zaidi kuliko ilivyo kweli. Kwa mfano, hii ilisababisha Mersini-Houghton kufanya makosa wakati wa kutoa uthibitisho kwamba shimo nyeusi hazipo kabisa.

(Kumbuka kwa. Zaidi ya hayo, nakala hiyo imefupishwa kwa urahisi wa kusoma, chapisho la asili linajadili kitabu "Hatua ya Spooky kwa mbali" na mahesabu, ambapo umbali halisi ambao mionzi ya Hawking hufanyika huhesabiwa - radii kadhaa za shimo nyeusi - na chanzo cha mionzi ya Hawking. athari inajadiliwa kwa undani)

Ikiwa kitabu cha Hawking kilinifundisha jambo moja, ni kwamba tamathali za kuona zenye kunata zinaweza kuwa laana nyingi kama baraka.