Навигация
Эволюция вещества черных дыр
52473
знака
2
таблицы
4
изображения
7. Эволюция вещества черных дыр
Долгое время черные дыры считались воплощением тьмы, объектами, которые в вакууме, в отсутствии поглощения материи, ничего не излучают. Однако в 1974 году известный английский теоретик Стивен Хокинг показал, что черным дырам можно приписать температуру, и, следовательно, они должны излучать.
Согласно представлениям квантовой механики, вакуум – не пустота, а некая «пена пространства-времени», мешанина из виртуалных (ненаблюдаемых в нашем мире) частиц. Однако квантовые флуктуации энергии способны «выбросить» из вакуума пару частица-античастица. Например, при столкновении двух‑трех гамма-квантов как бы из ничего возникнут электрон и позитрон. Это и аналогичные явления неоднократно наблюдались в лабораториях.
Именно квантовые флуктуации определяют процессы излучения черных дыр. Если пара частиц, обладающих энергиями E и ‑E (полная энергия пары равна нулю), возникает в окрестности сферы Шварцшильда, дальнейшая судьба частиц будет различной. Они могут аннигилировать почти сразу же или вместе уйти под горизонт событий. При этом состояние черной дыры не изменится. Но если под горизонт уйдет только одна частица, наблюдатель зарегистрирует другую, и ему будет казаться, что ее породила черная дыра. При этом черная дыра, поглотившая частицу с энергией ‑E, уменьшит свою энергию, а с энергией E – увеличит.
Хокинг подсчитал скорости, с которыми идут все эти процессы, и пришел к выводу: вероятность поглощения частиц с отрицательной энергией выше. Это значит, что черная дыра теряет энергию и массу – испаряется. Кроме того она излучает как абсолютно черное тело с температурой T = 6·10‑8 Mс/M кельвинов, где Mс – масса Солнца (2·1033 г), M – масса черной дыры. Эта несложная зависимость показывает, что температура черной дыры с массой, в шесть раз превышающей солнечную, равна одной стомиллионной доле градуса. Ясно, что столь холодное тело практически ничего не излучает, и все приведенные выше рассуждения остаются в силе. Иное дело – мини-дыры. Легко увидеть, что при массе 1014-1030 граммов они оказываются нагретыми до десятков тысяч градусов и раскалены добела! Следует, однако, сразу отметить, что противоречий со свойствами черных дыр здесь нет: это излучение испускается слоем над сферой Шварцшильда, а не под ней.
Итак, черная дыра, которая казалась навеки застывшим объектом, рано или поздно исчезает, испарившись. Причем по мере того, как она «худеет», темп испарения нарастает, но все равно идет чрезвычайно долго. Подсчитано, что мини-дыры массой 1014 граммов, возникшие сразу после Большого взрыва 10-15 миллиардов лет назад, к нашему времени должны испариться полностью. На последнем этапе жизни их температура достигает колоссальной величины, поэтому продуктами испарения должны быть частицы чрезвычайно высокой энергии. Возможно, именно они порождают в атмосфере Земли широкие амосферные ливни. Во всяком случае, происхождение частиц аномально высокой энергии – еще одна важная и интересная проблема, которая может быть вплотную связана с не менее захватывающими вопросами физики черных дыр.
ЗаключениеИзложенная в работе информация позволяет прийти к заключению о том, что экстремальные состояния вещества, главным образом вследствие сложности и подчас недоступности требующихся для проведения исследований технических средств, являются одной из наименее разработанных областей естествознания. Тем не менее, те сведения об экстремальных состояниях, которые уже получены исследователями, указывают на огромный прикладной и теоретический потенциал данного научного направления. Наиболее перспективной и интересной с практической точки зрения в последние десятилетия задачей считается холодный термоядерный синтез, достижение которого вполне способно решить энергетические проблемы человечества. Изучение экстремальных состояний вещества в телах звезд и планет дает возможность углубить фундаментальные познания о строении вещества в целом.
В этом обзоре нам пришлось рассмотреть широкую область экстремальных условий вплоть до давлений, на 30 порядков больше атмосферного, и температур, на 10 порядков больших температуры человеческого тела. Такое различие в масштабах, конечно, поражает воображение. Нужно, однако, помнить, что, как сказал Вольтер, "... в природе это явление совершенно естественное и заурядное. Владения некоторых государей Германии и Италии, которые можно объехать в какие-нибудь полчаса, при сравнении их с империями Турции, Московии или Китая дают лишь слабое представление о тех удивительных контрастах, которые заложены во все сущее".
Список литературы
1. Гинзбург В.Л. О физике и астрофизике. Статьи и выступления. М.: Наука, 1992.
2. Жарков В.Н. Внутреннее строение Земли и планет. М.: Наука, 1982.
3. Киппенхан Р. 100 миллиардов солнц. Рождение, жизнь и смерть звезд. М.: Мир, 1990.
4. Лукьянов С.Ю. Горячая плазма и управляемый ядерный синтез. М., 1975.
5. Физическая энциклопедия. М.: Большая Российская энциклопедия, 1988-1998.
6. Чен Ф. Введение в физику плазмы. М., 1987.
7. Бугаенко Л.Т., Кульмин М.Г., Полак Л.С. Химия высоких энергий. М., 1988.
8. Ефремов Ю.Н. В глубины Вселенной. М.: Наука, 1984.
9. Наука и жизнь. №3,5; 2002.
Похожие работы
... , свойственных социуму как сложной биологической системе, в решении задач рационального распределения его ограниченного экономического потенциала в экстремальных условиях. Применительно к проблемам безопасности и экстремального состояния сложных биологических мегасистем типа социума целью биоэкономического подхода становится оптимизация динамического функционального баланса системы на основе ...
... клиническим аспектам проблемы заставляет вновь вернуться к избранной клинической модели. Функциональная перестройка, обусловленная тяжелой сочетанной травмой и идентифицируемая клинически как экстремальное состояние организма, с позиций рассмотренного в предыдущем разделе главы системного термодинамического подхода представляет собой глубокую разбалансировку, неупорядоченность, то есть диссипацию ...
... Автору дипломной работы было предложено продолжить исследования электропроводности продуктов детонации. Основной задачей являлось перейти к изучению распределения электропроводности конденсированных взрывчатых веществ за фронтом пересжатой детонации. Объектом исследования выбраны такие взрывчатые вещества как октоген, гексоген, тэн и тотил. Цель исследований – получить информацию, способную ...
... соответствует и определенный уровень (этаж) механизмов жизнеобеспечения, который получает наиболее яркую внешнюю клиническую манифестацию и от которого в наибольшей степени зависит исход. Экстремальное состояние организма характеризует крайнюю, то есть предельную с учетом всей иерархии уровней (этажей) жизнеобеспечения, степень функциональной нагрузки. Она и отражает индивидуально допустимый ...
0 комментариев