Чорні діри, як і інші космічні об'єкти - смертні. Чорна діра протягом усього свого існування не тільки втягує в себе матерію, а й поступово випромінює матерію. Цей процес отримав назву Випаровування чорної діри, або його називають випромінюванням Хоккінга в честь дослідника, який відкрив цей процес.
Випаровування чорної діри - квантовий процес. Справа в тому, що поняття про чорній дірі як об'єкті, який нічого не випромінює, а може лише поглинати матерію, справедливо до тих пір, поки не враховуються квантові ефекти. У квантовій ж механіці завдяки тунелювання з'являється можливість долати потенційні бар'єри, нездоланні для неквантовой системи. Твердження, що кінцевий стан чорної діри стаціонарно, вірно лише в рамках звичайної, що не квантової теорії тяжіння. Квантові ефекти ведуть до того, що насправді чорна діра повинна безупинно випромінювати, втрачаючи при цьому свою енергію.
У разі чорної діри ситуація виглядає наступним чином. У квантовій теорії поля фізичний вакуум наповнений постійно народжуються і зникають флуктуаціями різних полів (можна сказати і «віртуальними частинками»). В поле зовнішніх сил динаміка цих флуктуацій змінюється, і якщо сили достатньо великі, прямо з вакууму можуть народжуватися пари частинка-античастинка. Такі процеси відбуваються і поблизу (але все ж зовні) горизонту подій чорної діри. При цьому можливо, що одна з частинок (не важливо яка) падає всередину чорної діри, а інша відлітає і доступна для спостереження. Із закону збереження енергії випливає, що така «упала» за горизонт подій частка з народженої віртуальної пари повинна володіти негативною енергією, так як «відлетіли» частка, доступна для віддаленого спостерігача, має позитивну енергію.
Також цей процес дуже грубо можна уявити як «позику» енергії вакуумом у зовнішнього поля для народження пари частинка + античастинка. За відсутності чорної діри анігіляція «повертає» енергію полю. В описуваному випадку при наявності чорної діри анігіляції не відбувається, одна з частинок відлітає до спостерігача, несучи частина «зайнятої» енергії, тим самим зменшуючи енергію, і отже масу чорної діри.
Важливим є не тільки що передбачається факт випромінювання, але і те, що це випромінювання має теплової спектр (для безмассових частинок). Це означає, що випромінювання поблизу горизонту подій чорної діри можна зіставити певну температуру
де # 104; - наведена постійна Планка (постійна Дірака), c - швидкість світла у вакуумі, k - постійна Больцмана, G - гравітаційна стала, M # 63; - маса Сонця і, нарешті, M - маса чорної діри. При цьому не тільки спектр випромінювання (розподіл його по частотах), але і більш тонкі його характеристики (наприклад, всі кореляційні функції) точно такі ж, як у випромінювання чорного тіла. Розвиваючи теорію, можна побудувати і повну термодинаміку чорних дір.
Однак такий підхід до чорної діри виявляється внутрішньо суперечливим і призводить до проблеми зникнення інформації в чорній дірі. Причиною цього є відсутність успішної теорії квантової гравітації. Існування випромінювання Хокінга передбачається не всіма квантовими теоріями гравітації [4] і заперечується рядом дослідників. [5]
Кротомвая норах. також «кротомвіна» або «червотомчіна» (останнє є дослівним переводомангл.wormhole) - гіпотетична топологічна особливість простору-часу. що представляє собою в кожен момент часу «тунель» в просторі між двома асимптотично плоскими областями простору [істочнікнеуказан33дня]. Ці області можуть бути як пов'язані і крім кротові нори, представляючи собою області єдиного простору (див. Приклад на малюнку), так і повністю роз'єднані, представляючи собою окремі простору, пов'язані між собою тільки за допомогою кротові нори.
Загальна теорія відносності (ЗТВ) допускає існування таких тунелів, хоча для існування прохідною кротові нори необхідно, щоб вона була заповнена екзотичної матерією з негативною щільністю енергії [1]. що створює сильне гравітаційне відштовхування і перешкоджає хляпанню нори. Рішення типу кротячих нір виникають у різних варіантах квантової гравітації. хоча до повного дослідження питання ще дуже далеко.
Область поблизу самого вузького ділянки кротовіни називається «горловиною». Кротові нори діляться на «внутріміровом» (англ.intra-universe) і «межмірових» (англ.inter-universe), в залежності від того, чи можна з'єднати її входи кривої, не перетинає горловину.
Розрізняють також прохідні (англ.traversable) і непрохідні кротовіни. До останніх відносяться ті тунелі, які коллапсируют занадто швидко для того, щоб спостерігач або сигнал (що мають швидкість не вище світловий) встигли дістатися від одного входу до іншого. Класичний приклад непрохідною кротовіни - міст Ейнштейна - Розена в максимально розширеному просторі Шварцшильда. а прохідною - кротовіни Морріса - Торна.
Прохідна внутріміровом Кротова нора дає гіпотетичну можливість подорожей у часі. якщо, наприклад, один з її входів рухається щодо іншого, або якщо він знаходиться в сильному гравітаційному полі. де протягом часу сповільнюється. Також кротові нори гіпотетично можуть створювати можливість для міжзоряних подорожей і в цій якості кротовіни нерідко зустрічаються в науковій фантастиці.
Прострамнство-времм (прострамнственно-временномй контімнуум) - фізична модель. доповнює простір рівноправним [1] временнимм виміром і таким чином створює теоретико-фізичну конструкцію, яка називається просторово-часовому континуумі. Простір-час безперервно і з математичної точки зору являє собоймногообразіе з лоренцевих метрикою.
У нерелятивистской класичній механіці використання Евклидова простору. що не залежить від одновимірного часу, замість простору-часу доречно, так як час розглядається як загальне і незмінне, будучи незалежним від стану руху спостерігача. У разі релятивістських моделей час не може бути відокремлене від трьох вимірів простору, тому що спостерігається швидкість, з якою тече час для об'єкта, залежить від його швидкості відносно спостерігача, а також від сили гравітаційного поля, яке може уповільнити перебіг часу.
У космології і релятивістської фізики взагалі концепція простору-часу об'єднує простір і час в одну абстрактну Всесвіт. Математично вона є різноманіттям. що складається з «подій», описаних системою координат. Звичайно потрібно три просторових виміри (довжина, ширина, висота) і один часовий вимір (час). Вимірювання - це незалежні складові координатної сітки, необхідні для локалізації точки в деякому обмеженому «просторі». Наприклад, на Землі широта і довгота - це дві незалежні координати, які разом однозначно визначають положення. В просторі-часі координатна сітка, яка простягається в 3 + 1 вимірах, локалізує події (замість просто точки в просторі), тобто час додається як ще один вимір в координатної сітки. Таким чином, координати визначають де і коли відбуваються події. Однак єдина природа простору-часу і його незалежність від вибору координат дозволяють припустити, що щоб висловити тимчасову координату в одній системі координат, необхідні як тимчасова, так і просторова координати в іншій системі координат. На відміну від звичайних просторових координат, в просторі-часі виникає поняття світлового конуса. накладає обмеження на допустимі координати, якщо одна з них скрізь повинна бути тимчасовою. Ці обмеження жорстко пов'язані з особливою математичною моделлю, яка відрізняється від Евклидова простору з його очевидною симетрією.
Відповідно до теорії відносності. Всесвіт має три просторових виміри і один часовий вимір, і всі чотири виміри органічно пов'язані в єдине ціле, будучи майже рівноправними і в певних рамках (див. Примітки нижче) здатними переходити один в одного при зміні спостерігачем системи відліку.
ОТО в даний час - найуспішніша теорія гравітації, добре підтверджена спостереженнями. Перший успіх загальної теорії відносності полягав у поясненні аномальної прецессііперігеліяМеркурія. Потім, в 1919 році. Артур Еддінгтон повідомив про спостереження відхилення світла поблизу Сонця в момент повного затемнення. що якісно і кількісно підтвердило передбачення загальної теорії відносності [3]. З тих пір багато інших спостережень і експерименти підтвердили значну кількість передбачень теорії. включаючи гравітаційне уповільнення часу. гравітаційне червоне зміщення. затримку сигналу в гравітаційному полі і, поки лише побічно, гравітаційне випромінювання [4]. Крім того, численні спостереження інтерпретуються як підтвердження одного з найбільш таємничих і екзотичних передбачень загальної теорії відносності - існування чорних дір [5].
Незважаючи на приголомшливий успіх загальної теорії відносності, в науковому співтоваристві існує дискомфорт, пов'язаний, по-перше, з тим, що її не вдається переформулювати як класичний межа квантової теорії. а по-друге, з тим, що сама теорія вказує межі своєї застосовності, так як передбачає появу непереборних фізичних расходимостей при розгляді чорних дір і взагалі сингулярностей простору-часу. Для вирішення цих проблем було запропоновано рядальтернатівних теорій. деякі з яких також є квантовими. Сучасні експериментальні дані, проте, вказують, що будь-якого типу відхилення від ОТО повинні бути дуже малими, якщо вони взагалі існують.
Якщо Ви помітили помилку в тексті виділіть слово і натисніть Shift + Enter