Заключительные стадии испарения чёрной дыры

⇐ ПредыдущаяСтр 7 из 7

Испарение чёрной дыры — квантовый процесс. Дело в том, что понятие о чёрной дыре как объекте, который ничего не излучает, а может лишь поглощать материю, справедливо до тех пор, пока не учитываются квантовые эффекты. В квантовой же механике, благодаря туннелированию, появляется возможность преодолевать потенциальные барьеры, непреодолимые для неквантовой системы. Утверждение, что конечное состояние чёрной дыры стационарно, правильно лишь в рамках обычной, не квантовой теории тяготения. Квантовые эффекты ведут к тому, что на самом деле чёрная дыра должна непрерывно излучать, теряя при этом свою энергию. При этом температура и скорость излучения растут с потерей чёрной дырой своей массы, и финальные стадии процесса должны напоминать взрыв. Что останется от чёрной дыры в финале испарения, точно не известно. Возможно, остаётся планковская чёрная дыра минимальной массы, возможно, дыра испаряется полностью. Ответ на этот вопрос должна дать пока не разработанная квантовая теория гравитации.

Факт устойчивости вращающихся чёрных дыр (известных также как чёрные дыры Керра), накладывает ограничения на массу фотонов в некоторых теориях, являющихся расширениями Стандартной модели.

Спектр масс квантовых чёрных дыр

В 1966 году Марковым было высказано предположение о существовании элементарной частицы с экстремально большой массой — максимона. Более тяжёлые частицы, длина волны де-Бройля которых меньше их гравитационного радиуса, возможно, являются квантовыми чёрными дырами. Так как все известные квантовые частицы имеют строго определённые возможные значения массы, то представляется, что и квантовые чёрные дыры тоже должны иметь дискретный спектр вполне определённых масс. Нахождением спектра масс квантовых чёрных дыр занимается квантовая теория гравитации.

Взаимодействие планковских чёрных дыр с элементарными частицами

Планковская чёрная дыра — гипотетическая чёрная дыра с минимально возможной массой, которая равна планковской массе. Такой объект тождественен гипотетической элементарной частице с (предположительно) максимально возможной массой — максимону. Возможно, что планковская чёрная дыра является конечным продуктом эволюции обычных чёрных дыр, стабильна и больше не подвержена излучению Хокинга. Изучение взаимодействий таких объектов с элементарными частицами может пролить свет на различные аспекты квантовой гравитации и квантовой теории поля.

Нерешённые проблемы физики чёрных дыр

∙Неизвестно доказательство принципа космической цензуры, а также точная формулировка условий, при которых он выполняется.

∙Неизвестно доказательство в общем случае «теоремы об отсутствии волос» у чёрной дыры.

∙Отсутствует полная и законченная теория магнитосферы чёрных дыр.

∙Неизвестна точная формула для вычисления числа различных состояний системы, коллапс которой приводит к возникновению чёрной дыры с заданными массой, моментом количества движения и зарядом.

∙Что остаётся после завершения процесса квантового распада чёрной дыры?

Заключение

Несмотря на то, что в данной работе я постарался коснуться практически всех возможных аспектов черных дыр, в данной теме есть еще множество нового и неизведанного. Астрофизика – это наука, которая ставит перед учеными поистине масштабные задачи, целью которой является ответ на фундаментальные вопросы вселенной, человеческого бытия. Работая даже с самой малой ее частью, доступной простому обывателю, масштабы задач, исследований и результатов поистине восхищают, и заставляют задуматься о вечных вещах, которые люди обычно забывают в будничной суете. Выполнив все цели данной работы, я еще раз убедился в том, что черные дыры несомненно засуживают внимания ученых и требуют дальнейшего изучения.

Такие космические объекты, как черные дыры, поистине захватывают дух. Ведь само их существование является лишь еще одним доказательством того, что человечество далеко не на пределе своего развития, и есть множество вещей, которым мы еще не можем дать точного определения. Но вместе с этим изучение этих загадочных тел символизирует вечное стремление человека к вершинам познания этого мира. Как Ньютон стремился объяснить фундаментальные законы природы, так и через 3 века после него Эйнштейн и Хокинг бились над теми же вопросами, стараясь применить свои теории к еще большему количеству объектов вселенной. И возможно, именно благодаря их исследованиям, человечество всегда будет иметь шанс на выживание в этом холодном недружелюбном космосе. Когда угаснет последняя звезда, человечество не уйдет в небытие вместе с ней, а продолжит свое существование, возможно, на орбите черной дыры.

Источники

1. Астрономы получили первую фотографию "тени" черной дыры. РИА Новости(20190410T1611+0300Z). Дымникова И. Г. Чёрные дыры // Физическая энциклопедия. Т. 5. Стробоскопические приборы — Яркость / Гл. ред. А. М. Прохоров. Ред. кол.: Д. М. Алексеев, А. М. Балдин, А. М. Бонч-Бруевич и др. — М.: Большая Российская энциклопедия, 1998. — С. 452—459. — 760 с. — ISBN 5-85270-101-7.

2. Владимир Сурдин. Чёрная дыра. Энциклопедия Кругосвет. Архивировано 23 июня 2012 года.

3. Michael Quinion . Black Hole. World Wide Words.Архивировано 22 августа 2011 года.

4. Чёрные дыры: Мембранный подход, 1988, с. 9.

5. Перейти обратно:¹² Архивированная копия. Архивировано29 июля 2013 года.

6. Перейти обратно:¹² Сергей Попов. Экстравагантные консерваторы и консервативные эксцентрики // Троицкий Вариант : газета. — 27 октября 2009. — Вып. 21 (40N). — С. 6—7. Архивировано 5 ноября 2009 года.

7. Ч. Мизнер, К. Торн, Дж. Уилер. Гравитация, Т. 3, 1977, § 33.1. Почему «чёрная дыра»? — С. 78—81.

Kazunori Akiyama, Antxon Alberdi5, Walter Alef6, Keiichi Asada, Rebecca Azulay, Anne-Kathrin Baczko, David Ball, Mislav Baloković, John Barrett First M87 Event Horizon Telescope Results. I. The Shadow of the Supermassive Black Hole The Event Horizon Telescope Collaboration, // The Astrophysical Journal, The American Astronomical Society.
Алексей Понятов. Изображение чёрной дыры: что на самом деле получили астрономы (рус.) // Наука и жизнь. — 2019. — № 5. — С. 18—26.
Ученым впервые удалось увидеть чёрную дыру. Что это даст человечеству?// Лента. Ру,
Астрофизики показали первые изображения черной дыры.
Michell J. On the Means of Discovering the Distance, Magnitude, &c. of the Fixed Stars, in Consequence of the Diminution of the Velocity of Their Light, in Case Such a Diminution Should be Found to Take Place in any of Them, and Such Other Data Should be Procured from Observations, as Would be Farther Necessary for That Purpose. By the Rev. John Michell, B. D. F. R. S. In a Letter to Henry Cavendish, Esq. F. R. S. and A. S (англ.) // Philosophical Transactions of the Royal Society. — 1784. — Vol. 74. — P. 35—57. — doi:10.1098/rstl.1784.0008. — Bibcode: 1784RSPT...74...35M. Архивировано 28 июня 2018 года.
Alan Ellis. Black holes — Part 1 — History Архивировано 6 октября 2017 года. // The Astronomical Society of Edinburgh Journal, № 39 (лето 1999).
Перейти обратно:¹²³⁴⁵⁶ Левин А. История чёрных дыр // Популярная механика. — ООО «Фэшн Пресс», 2005. — № 11. — С. 52—62. Архивировано 19 января 2017 года.
Ландау Л. Д., Лифшиц Е. М. Теория поля. — Издание 8-е, стереотипное. — М.: Физматлит, 2006. — 534 с. — («Теоретическая физика», том II). — ISBN 5-9221-0056-4. — § 91. Тензор кривизны.
Перейти обратно:¹² И. Д. Новиков, В. П. Фролов. Физика чёрных дыр, 1986, § 6.1. «Чёрные дыры не имеют волос», с. 112.
Перейти обратно:¹²³⁴ Субраманьян Чандрасекар. Математическая теория чёрных дыр. В 2-х томах = Mathematical theory of black holes / Перевод с английского к. ф.-м. н. В. А. Березина. Под ред. д. ф.-м. н. Д. А. Гальцова. — М.: Мир, 1986.
Newman E. T., Couch E., Chinnapared K., Exton A., Prakash A., Torrence R. J.Metric of a rotating charged mass // Journal of Mathematical Physics. — 1965. — Т. 6. — С. 918. — doi:10.1063/1.1704351.
Kerr, R. P. Gravitational ield of a Spinning Mass as an Example of Algebraically Special Metrics (англ.) // Physical Review Letters. — 1963. — Vol. 11. — P. 237—238. — doi:10.1103/PhysRevLett.11.237.
Debney G. C., Kerr R. P. and Schild A. Solutions of the Einstein and Einstein-Maxwell Equations (англ.) // Journal of Mathematical Physics. — 1969. — Vol. 10. — P. 1842—1854. — doi:10.1063/1.1664769.
Обзор теории см., например, в:
Ruffini, Remo; Bernardini, Maria Grazia; Bianco, Carlo Luciano; Caito, Letizia; Chardonnet, Pascal; Dainotti, Maria Giovanna; Fraschetti, Federico; Guida, Roberto; Rotondo, Michael; Vereshchagin, Gregory; Vitagliano, Luca; Xue, She-Sheng. The Blackholic energy and the canonical Gamma-Ray Burst (англ.) // Cosmology and Gravitation: XIIth Brazilian School of Cosmololy and Gravitation : AIP Conference Proceedings. — 2007. — Vol. 910. — P. 55—217

Литература

Ч. Мизнер, К. Торн, Дж. Уилер. Гравитация. — Мир, 1977. — Т. 3. — 512 с.

И. Д. Новиков, В. П. Фролов. Физика чёрных дыр. — М.: Наука, 1986. — 328 с.

Чёрные дыры: Мембранный подход = Black Holes: The membrane paradigm / Под ред. К. Торна, Р. Прайса и Д. Макдональда. — Пер. с англ. — М.: Мир, 1988. — 428 с. — ISBN 5030010513.

Robert M. Wald. General Relativity. — University of Chicago Press, 1984. — ISBN 978-0-226-87033-5.

А. М. Черепащук. Чёрные дыры во Вселенной. — Век 2, 2005. — 64 с. — (Наука сегодня). — 2500 экз. — ISBN 5-85099-149-2.

К. Торн. Чёрные дыры и складки времени. Дерзкое наследие Эйнштейна. — М.: Государственное издательство физико-математической литературы, 2009.

И. Д. Новиков, В. П. Фролов. Чёрные дыры во Вселенной (рус.) // Успехи физических наук. — Российская академия наук, 2001. — Т. 131, № 3. — С. 307—324. Архивировано 31 марта 2007 года.

Уильям Дж. Кауфман. Космические рубежи теории относительности. — М.: Мир, 1981. — 352 с.

Ю. И. Коптев и С. А. Никитин. Космос: Сборник. Научно - популярная литература. — М.: Дет. лит, 1976. — 223 с.

Д. А. Киржниц, В. П. Фролов. Прошлое и будущее Вселенной. — М.: Наука, 1986. — 61 с.

Л. Бриллюен. Наука и теория информации. — М.: ГИФМЛ, 1960.

С. Х. Карпенков. Концепции современного естествознания. — М.: Высш. школа, 2003.

Приложение

Сверхмассивная чёрная дыра в центре галактики М 87. Это первое в истории изображение тени чёрной дыры, полученное напрямую в радиодиапазоне (Event Horizon Telescope).

Рис. 2. Сечения пространства Шварцшильда в разные моменты времени (одно измерение опущено).

Визуализация полного оборота вокруг чёрной дыры и её аккреционного диска по пути, перпендикулярному диску.

Дата добавления: 2020-04-25; просмотров: 195; Мы поможем в написании вашей работы!

Поделиться с друзьями:

⇐ Предыдущая 1 2 3 4 5 67

Мы поможем в написании ваших работ!