Space Journalism

Испарение черной дыры

31 январь 2019 admin 179


В классическом понимании черные дыры рассматривались идеально холодными объектами, поглощающими все вокруг и ничего не излучающими. Именно такое представление о них было у науки начала 70-х годов. Такие черные дыры не излучают никакой энергии. Из них не может вырваться никакая материя. Наука видела в них объекты, которые просто существуют. Холодные, безмолвные, вечные. Но работа Хокинга их оживила, сделала их смертными. В этой публикации, тогда еще молодой ученый, решил отойти от привычного на тот момент понимания Черных дыр и тем самым фактически сделал первый важный шаг в решении этого вопроса.Эти таинственные объекты постоянно притягивают к себе внимание, каждый год мы узнаем о них много нового...


Стивен Хокинг покинул этот мир.


К сожалению, он так и не нашел ответа на один из самых интересных вопросов, решением которого он очень активно занимался последние годы: возможна ли полная потеря информации для Вселенной? В середине 70-х годов, изучая эффекты квантовой механики, Стивен обнаружил, что черные дыры в принципе должны создавать излучение, как если бы они были тепловыми объектами, обладающими температурой, — говорит Роберт Макнис, физик Чикагского университета Лойолы. Но в таком случае, если они могли бы излучать энергию,то и их масса должна была бы сокращаться. А поскольку будет сокращаться их масса, то они и сами должны уменьшаться в размерах, что в свою очередь должно приводить к повышению температуры и еще более интенсивному излучению. Конечным результатом этих процессов должно стать либо полное исчезновение (испарение) черной дыры, либо сокращение ее размеров до крошечного зернышка.


Однако в отсутствии подходящего инструмента, который позволил бы объединить идеи общей теории относительности и квантовой механики внутри теории «квантовой гравитации» для построения так называемой «теории всего», описывающей все известные фундаментальные взаимодействия, понимание финальной стадии этого 


Испарения черной дыры остается полной загадкой для науки


Расчеты Хокинга показывают, что это излучение должно быть идеально тепловым.В нем не должно содержаться информации о состоянии материи, из которой эта черная дыра сформировалась, а это в свою очередь противоречит одному из фундаментальных законов квантовой механики. Одним из требований квантовой физики является наличие возможности вычленить каждое состояние частицы прошлое, настоящее и будущее, а также определить связь этих состояний через серию цепных, причинных и вероятностных событий.


Но если черная дыра способна высвобождать недифференцированный суп из частиц, каждая из которых несет свою информацию свою историю, безвозвратно стертую после погружения, то, следовательно, эта ситуация будет противоречить фундаментальным постулатам квантовой механики. В мире физиков это называется - информационный парадокс черных дыр. Чтобы построить квантовую гравитацию – необходимо разрешение этой загадки. За свою карьеру ученого, Стивен Хокинг продолжал публиковать научные работы, иногда весьма дерзкие и спорные.

В этих статьях, он искал возможность побороть этот парадокс. В одной из таких научных работ: «Сохранение информации и предсказание погоды для черных дыр», Хокинг рассуждал о том, что черных дыр в их «классическом» понимании вообще не существует. В опубликованной в 2014 году работе, он писал, что «горизонта событий» на самом деле не существует. Горизонт событий — это точка, преодолев которую объект (даже свет) не сможет избежать затягивания в черную дыру.

Хокинг считал, что существует «кажущийся горизонт» — поверхность, на которой излучение, уходящее от центра черной дыры, лишь задерживается. В отличие от классического горизонта событий, кажущийся может в какой-то момент исчезнуть, и то, что было в черной дыре, может выйти наружу.


Эту идею, он попытался изложить через более раннюю работу 2012 года американского физика Джозефа Полчински. Согласно идее Джозефа, вместо горизонта событий черные дыры обладают некой «стеной», границей, состоящей из частиц высоких энергий и потоков излучения, блокирующих все, что за нее попадает.

Эта граница как тюрьма, только временная. Правда, ученый не описал причин, по которым кажущийся горизонт может исчезнуть. Физик Дон Пэйдж из канадского университета Альберты предположил, что это может произойти, когда черная дыра за счет излучения Хокинга станет настолько малой, что гравитационные и квантовые эффекты станут неразличимы. Но на этом, Хокинг не остановился.

В 2016 году он опубликовал работу «Мягкие волосы черных дыр», созданную совместно с другими физиками. В этой работе есть предположение, что черные дыры окружены так называемыми «мягкими волосами» — фотонами с почти нулевой энергией. Добавив подобные частицы в уравнения, описывающие поведение черных дыр, Хокинг и его коллеги обнаружили, что эти фотоны будут выступать переносчиками информации,на которых будут записаны данные о некоторых свойствах частиц, «съеденных» черной дырой. Извлечь информацию из них, даже если удастся найти способ взаимодействия с этими фотонами, будет крайне сложно – авторы статьи сравнили это с задачей выяснения того, что сгорело в костре, смотря на дым и пламя.


Следствием существования этих фотонов будет то, что вместо четкой линии горизонта событий у черной дыры будет своеобразный набор из «волос» из «мягких фотонов», на которых, как на голографической пластине, будет записана часть информации о поглощенных частицах. Этот своеобразный «экран» будет обновлять свое содержимое каждый раз, когда черная дыра будет испускать очередную порцию излучения Хокинга, что еще больше затруднит его изучение.

Тем не менее, Хокинг и его коллеги сделали вывод, что подобная идея позволила бы разрешить информационный парадокс, не прибегая к маловероятным допущениям от современных физических теорий. Даже под конец жизни Хокинг оставался очень работоспособным и трудолюбивым ученым, предлагающим идеи, которые как принимались, так и отклонялись его коллегами. Информационный парадокс черных дыр является одной из определяющих проблем, нуждающихся в решении для тех, кто работает над теорией квантовой гравитации. Он по-прежнему не решен, но остается, по моему мнению,самым интересным вопросом, поднятым Хокингом.

Жанр:
Комментарии 0
Прокомментировать
Кликните на изображение чтобы обновить код, если он неразборчив