Квантовые черные дыры: Квантовая черная дыра | это… Что такое Квантовая черная дыра?

Квантовая черная дыра | это… Что такое Квантовая черная дыра?

Связать^?

Quantum black hole (Квантовая черная дыра)

Квантовая черная дыра — чёрная дыра имеющая планковскую массу, размер и плотность.

Содержание 1 Определение квантовой черной дыры 2 Существование квантовых черных дыр 3 Родители квантовых черных дыр 3.1 Большой взрыв 3.2 Звезды первого уровня, сверхзвезды 3.3 Сверхмассивные черные дыры 3.4 Галактики 3.5 Кошачий глаз 3.6 Квазары 4 Квантовые черные дыры 4.1 Два типа черных дыр 4.2 Энергия квантовой черной дыры 4.3 Созидание квантовой черной дыры 5 «Убийцы» Галактик 6 См. также 7 Источники 8 Ссылки

Определение квантовой черной дыры

Предполагается, что в результате ядерных реакций могут возникать устойчивые макроскопические чёрные дыры, так называемые квантовые чёрные дыры. Для математического описания таких объектов необходима квантовая теория гравитации. Однако из общих соображений весьма явно, что спектр масс чёрных дыр дискретен и существует минимальная чёрная дыра — планковская чёрная дыра. Её масса — порядка 10⁻⁵ г, радиус — 10⁻³⁵ м. Комптоновская длина волны планковской чёрной дыры по порядку величины меньше или равна её гравитационному радиусу. Плотность вещества такой чёрной дыры составляет около 10⁹⁴ кг/м³ и, возможно, является максимальной достижимой плотностью массы. Физика на таких масштабах должна описываться пока не разработанными теориями квантовой гравитации. Такой объект тождественен гипотетической элементарной частице с (предположительно) максимально возможной массой — максимону. Планковская чёрная дыра, возможно, является конечным продуктом эволюции обычных чёрных дыр, стабильна и больше не подвержена излучению Хокинга. Таким образом, все «элементарные объекты» можно разделить на элементарные частицы (их длина волны больше их гравитационного радиуса) и квантовые чёрные дыры (длина волны меньше гравитационного радиуса). Планковская чёрная дыра является пограничным объектом, можно встретить название максимон, указывающее на то, что это самая тяжёлая из возможных элементарных частиц. Другой иногда употребляемый термин обозначения квантовой черной дыры — планкеон.

Существование квантовых черных дыр

Существующие квантовые чёрные дыры крайне редки, так, как время их существования при неуправляемом процессе крайне мало, что делает их непосредственное обнаружение очень проблематичным.

В настоящее время предложены эксперименты с целью обнаружения свидетельств появления квантовых чёрных дыр в ядерных реакциях. Однако для непосредственного синтеза чёрной дыры в ускорителе необходима недостижимая на сегодня энергия 10²⁶ эВ. Поэтому, в реакциях сверхвысоких энергий могут возникать виртуальные промежуточные чёрные дыры.

Эксперименты по протон-протонным столкновениям с полной энергией 7 ТэВ на Большом адронном коллайдере показали, что этой энергии недостаточно для образования микроскопических чёрных дыр. На основании этих данных делается вывод, что микроскопические чёрные дыры должны быть тяжелее 3,5–4,5 ТэВ в зависимости от конкретной реализации. Если вы думаете, что энергия столкновения элементарных частиц в 7 ТэВ, столь малая величина, то… чтоб достичь столкновения элементарных частиц с такой энергией на адронном коллайдере, нужны огромные затраты энергоресурсов. Что практически не оправдывает суть самого эксперимента «образование микроскопических чёрных дыр или создание макроскопических квантовых черных дыр».

Несмотря на активные исследования теории квантовой гравитации, пока не достигнуты успехи в этих исследованиях. Основная трудность построении заключается в том, что две физические теории, которые теория квантовой гравитации пытается связать воедино — квантовую механику и общую теорию относительности (ОТО), — опираются на разные наборы принципов.

Естественно, образование квантовых черных дыр практически не возможно в Большом адронном коллайдере без сверхмагнетизма и сверхвысокого давления, пусть даже посредством любых ядерных реакций, пусть и сконцентрированных в столь малой точке равной сингулярности. Основным продуктом квантовой черной дыры будет неимоверно огромная энергия, которая при неуправляемом процессе существования квантовой черной дыры уничтожит окружающее пространство, разделив попавшие в гравитационный радиус «элементарные объекты» на элементарные частицы, а элементарные частицы преобразуются в энергию (излучение Хокинга), излучаемую в пространство. Естественно, что Стивен Хокинг представил доклад, в котором он изложил свою точку зрения на разрешение парадокса исчезновения информации в чёрной дыре.

Основной ошибкой — информация исчезает в черной дыре, заключается в словах, что черные дыры взрываются. Допустим, что происходит исчезновение материи, как таковой, и существования информации о бывшей материи, то, взрываясь черные дыры оставляют после себя все о своем существовании до взрыва, следовательно, черные дыры оставляют после себя информацию о существовавшей материи, которая никуда не исчезла, а просто перешла в состояние энергии. А, что энергия ни от куда не возникает и никуда не девается, основной постулат Вселенной, чему противоречит исчезновение информации о материи в черной дыре.

Достаточно вспомнить слова Альберта Эйнштейна: «Высвободив всю энергию из одного только атома, этой энергией достаточно уничтожить планету Земля несколько раз»… Где Эйнштейн намекал на энергию при неуправляемом процессе существования квантовой черной дыры, как уничтожения материи и любой существовавшей материальной информации.

Возможно все-таки обратить неуправляемый процесс квантовой черной дыры в управляемый, что возможно при сверхмагнетизме и управляемом процессе поглощения элементарных частиц, то квантовая черная дыра с гравитационным радиусом вписывающимся в один квадратный миллиметр, может неограниченно снабжать энергией целый континент, поглощая всего один квадратный миллиметр элементарной материи на соответственно огромное излучаемое количество энергии.

Квантовым черным дырам присущи все процессы и свойства черных дыр, где одно из свойств, замедление течения времени возле непосредственной близости от гравитационного радиуса, интересующее ученых больше всего, даже больше чем неограниченное получение энергии, посредством стабильного существования этого объекта. Хотя искривление пространства-времени в рамках общей теории относительности, неограниченная энергия, создание пространственной «перемычки» (в современной терминологии кротовая нора), квантовая гравитация, частицы всего — бозона Хиггса, и существования Вселенной до и после Большого взрыва, более важнее чем изменение свойств течения времени вроде пресловутой «машины времени», что в принципе возможно при управляемом процессе существования сверхбольшой квантовой черной дыры, в триллионы раз превосходящую планковскую величину.

Родители квантовых черных дыр

Когда Альберт Эйнштейн предложил знаменитую теорию относительности в 1905 г. В центре его теории — картинка, понятная даже ребенку. Эта теория стала ярчайшим выражением мечты, владевшей Эйнштейном с 16 лет… И сам Альберт Эйнштейн говорил о своей теории относительности: «Если моя теория понятна даже ребенку, то она исключительно верна»!

Квантовые дыры прекрасно вписываются в теорию относительности Эйнштейна, но зарождение квантовых черных дыр, и их существование необъяснимо и спорно. Хотя очевидно, что родителями квантовых черных дыр являются сверхмассивные черные дыры, черные дыры, а также блуждающие сверхмассивные или обычные черные дыры, при столкновении с элементарной материей (астрономическими объектами).

Чтобы рассмотреть квантовые черные дыры, понять их механизм и физику существования, надо знать историю образования квантовых черных дыр. Каждому известно, что Вселенная зародилась из-за большого взрыва в точке сингулярности, из после образовавшегося облака первородного газа — Водорода, из звезд первого уровня, из туманностей от взрыва суперновых (умирающих звезд первого уровня). Вселенная существует в таком виде сегодня, какой представлена сегодня, из прошлого.

Большой взрыв

Экстраполяция наблюдаемого расширения Вселенной назад во времени приводит при использовании общей теории относительности и некоторых других теорий к бесконечной плотности и температуре в конечный момент времени в прошлом. Более того, теории не дают никакой возможности говорить о чём-либо, что предшествовало моменту Большого взрыва, а размеры Вселенной тогда равнялись нулю — она была сжата в точку. Это состояние называется космологической сингулярностью и сигнализирует о недостаточности описания Вселенной классической общей теорией относительности. Насколько близко к сингулярности можно экстраполировать известную физику, является предметом научных дебатов, но практически общепринято, что допланковскую эпоху рассматривать известными методами нельзя.

Многие учёные полушутя-полусерьёзно называют космологическую сингулярность «рождением» (или «сотворением») Вселенной. Невозможность избежать сингулярности в космологических моделях общей теории относительности была доказана в числе прочих теорем о сингулярностях Р. Пенроузом и С. Хокингом в конце 1960-х годов. Существование сингулярности является одним из стимулов построения альтернативных и квантовых теорий гравитации, которые стараются разрешить эту проблему.

Согласно теории Большого взрыва, дальнейшая эволюция зависит от экспериментально измеримого параметра — средней плотности вещества в современной Вселенной. Если плотность не превосходит некоторого (известного из теории) критического значения, Вселенная будет расширяться вечно, если же плотность больше критической, то процесс расширения когда-нибудь остановится и начнётся обратная фаза сжатия, возвращающая к исходному сингулярному состоянию. Современные экспериментальные данные относительно величины средней плотности ещё недостаточно надёжны, чтобы сделать однозначный выбор между двумя вариантами будущего Вселенной.

Хотя есть ряд вопросов, на которые теория Большого взрыва ответить пока не может, однако основные её положения обоснованы надёжными экспериментальными данными, а современный уровень теоретической физики позволяет вполне достоверно описать эволюцию такой системы во времени, за исключением самого начального этапа — порядка сотой доли секунды от «начала мира». Для теории важно, что эта неопределённость на начальном этапе фактически оказывается несущественной, поскольку образующееся после прохождения данного этапа состояние Вселенной и его последующую эволюцию можно описать вполне достоверно.

Звезды первого уровня, сверхзвезды

The first superstar (Первые сверхзвезды)

Simulation of explosion a Supernova (Симуляция взрыва Сверхновой)

Миллионы лет Вселенная была громадным водородным облаком, возникшим в результате большого взрыва, но внутри облака происходило нечто удивительное, ударные волны после большого взрыва создавали вихри и водовороты, что образовывало более плотные сгустки водорода. С течением времени все больше и больше водорода втягивалось в громадные газовые шары, вращаясь и все больше разогреваясь, эти шары достигли таких температур и плотности, что вспыхнули. Так родились звезды первого уровня, сверхзвезды.

Масса и размеры столь грандиозны, а время существования этих звезд, столь быстротечно, как и их интенсивная яркость. Эти сверхзвезды голубого цвета, так, как в них присутствует только водород, и синтезируется в ядре более тяжелый газ — гелий. Температура этих звезд самая высокая, 30 000—60 000 К, свет этих звезд освещает ярко всю Вселенную. Но самое основное в существовании сверхзвезд, это все-таки малое время их жизни, максимум 5-6 миллиардов лет, и после этого времени звезды взрываются оставляя после себя туманности, особенно неизбежно взрываются звезды такого размера, которые называются суперновыми.

Чтобы увидеть, что происходит в последние минуты жизни сверхновых или суперновых звезд, достаточно взглянуть на звезду, которая умерла миллиарды лет назад. Она огромна, ее смерть сделает возможной жизнь новых звезд и планет, жизнь и создание целой Галактики. За короткое время смерти звезды, можно быть свидетелем самого драматичного и разрушающего момента в космосе, у звезды закончилось водородное топливо, ядерный огонь, который поддерживал ее жизнь, погас…

По мере охлаждения звезда уменьшается, она начинает сжиматься под собственной тяжестью, она обрушивается внутрь себя и взрывается. И взрыв звезды, суперновой, такой яркий, что затмевает свет соседних живущих сверхзвезд. Разлетается бесконечное количество тонн звездного вещества на бесконечно огромное расстояние. Но не только звездную пыль (туманность) оставляет после себя суперновая.

Суперновая оставляет еще после себя железное ядро, сжатое до такой плотности и размера, а гравитация остаточного ядра настолько мощная, что определяется, как черная дыра, но свойственно размерам является сверхмассивной черной дырой.

Сверхмассивные черные дыры

Black hole (Черная дыра)

В 2000 году астрономы сделали одно необычное открытие, результаты которого в корне изменили все представления о возникновении вселенной. Астрономам удалось открыть не сложную взаимосвязь с галактиками и самой разрушительной силой во Вселенной, сверхмассивными черными дырами. Сверхмассивные черные дыры никого не интересовали и не были известны, однако они существуют и являются центральной частью любой галактики.

Основная задача исследователей и ученых заключается в том, чтобы узнать природу и механизм зарождения Вселенной, а так же одним из главных вопросов является зарождение и формирование Галактик. Наша Галактика легко различима на небе, в виде Млечного Пути, фактически, это вращающийся гигантский диск диаметром более 200 000 световых лет, в нем расположено более 200 миллиардов звезд, подобных нашему Солнцу, медленно вращающихся вокруг центра Галактики. Однако Галактика Млечный Путь одна из свыше 125 миллиардов Галактик, различных форм и размеров. Но астрономы не могли дать точного определения природе их возникновения.

Обратив свое внимание на черные дыры, и начав их поиск во Вселенной астрономы получили данные, что центром каждой галактики являются черные дыры.

Эти черные дыры невообразимы по своим размерам, по массе они в миллионы раз больше обычных черных дыр, по размерам они сравнимы с солнечной системой. В районе расположения сверхмассивных черных дыр наблюдается очень высокая сила притяжения, за счет повышенной концентрации материи.

Сверхмассивные черные дыры настолько таинственны, что они использовались лишь для объяснения весьма редкого во вселенной феномена – активных галактик. Это один из самых ярких объектов на звездном небе. В этих галактиках прослеживается яркое ядро с фонтанирующего с его боков светящегося вещества. Такое облако светящегося газа с центром из сверхмассивной черной дыры называется Квазаром. Астрономы предполагали, что данное явление являлось результатом действия сверхмассивной черной дыры, притягивающей газ и звезды из своего окружения, как не парадоксально, но черная дыра захватывающая свет, абсолютно невидима, поэтому долгое время их не удавалось подтвердить.

Существование сверхмассивных черных дыр визуально обнаружить черные дыры нельзя, хотя существует метод их косвенного обнаружения, через расчет влияния их гравитации на окружающие звезды, сверхмассивная черная дыра может разгонять звезды до скорости превышающей 500 тыс. км/ч. Измерение скорости звезд в центральной зоне активных галактик, позволило выявить в них черную дыру. Данные полученные при исследовании активной галактики, оказались нечеткими, она располагалась слишком далеко, чтобы получить четкую картину. Но обработав внимание на данные по галактике в «Туманности Андромеды», явно определилось, что в центре статичной галактики была обнаружена повышенная активность звезд, которую могла вызвать только черная дыра.

Есть один признак опознания размеров сверхмассивной черной дыры, это определение скорости вращения периферийных звезд вокруг ядра галактики, и чем выше скорость вращения звезд, тем больше по массе сверхмассивная черная дыра в центре галактики, в чем это соотношение скорости звезд и массы ядра галактики прямо пропорционально.

Это говорит о существовании самой созидательной силы во вселенной, находящейся неподалеку от нас, и в центре нашей Галактики Млечный Путь. И если все таки задать вопрос: Что такое черная дыра? Возможен только один ответ: Черная дыра — объект обладающий сверхмагнетизмом, естественно с присущими ему всеми физическими свойствами по законам Вселенной. Возможно сказать, что такое невозможно, тогда посмотрите на звезды, вернее вглядитесь в ядра звезд и найдёте сходство, с единственной разницей, черная дыра остаток некогда существовавшей звезды, и масса черной дыры говорит о размере породившей её звезды.

Галактики

The scheme of Galaxy (Схема Галактики)

The enlarged scheme of Galaxy (Увеличенная схема Галактики)

Когда ясной темной ночью посмотреть на бескрайние просторы Вселенной, взору предстает широкая белесая полоса, пересекающая звездное небо. Древние греки, наблюдая небо, сравнивали эту полосу с пролившимся молоком и поэтому назвали ее «галаксиас», что значит молочный, млечный. Это название и легло в основу термина «галактика» — Млечный Путь. Особенно хорошо виден Млечный путь осенними ночами, когда он пересекает зенит и делит небо пополам. Он виден на небосводе обоих полушарий Земли, опоясывая небосвод по кругу, но, конечно, одним взглядом с Земли можно окинуть только половину этого кольца – остальная часть скрывается под горизонтом.

Галактика Млечный путь одна из стабильных галактик, но существует во Вселенной активные и умирающие галактики. Активные галактики, это галактики в центре которых существует Квазар, а умирающие галактики, это уничтожаемые галактики своим создателем, сверхмассивной черной дырой, после чего остается блуждающая черная дыра или блуждающая сверхмассивная черная дыра, с разбросанной звездной материей в виде энергии на сотни тысяч световых лет.

Любая Галактика подчиняется законам, и этим законам подчиняется все во Вселенной, есть законы которые мы знаем и о которых еще не задумывались. Галактическое существование, подчиняется законам магнетизма, огромному фундаментальному камню в существовании Галактики. И если просто вспомнить законы Ньютона о гравитации, то никто даже не понимает процесса происходящего в галактическом пространстве. Картина расположения всего вещества в галактике станет настолько понятным, если откроются все механизмы этого огромного мира — Галактика.

Сверхмассивная черная дыра в галактическом ядре, имеет магнитные полюса, магнитные линии, полюсную и перпендикулярную полюсной оси вращения, гравитационный пояс, что влияет на вращение и существование галактических рукавов, которые вращаются зависимо по полюсной и перпендикулярной осей сверхмассивной черной дыры.

Галактика, где все вращается зависимо от магнитного поля, подчиняется силе этого магнитного поля, за пределами гравитационного пояса сверхмассивной черной дыры и в его пределах. Даже Солнечная система подчиняется вращению центра галактики Млечный Путь, в основе которой сверхмассивная черная дыра.

Но часто механизм существования галактик переходит в разрушительную фазу, когда галактическое ядро становится активным, и притягивает все галактические объекты к сверхмассивной черной дыре, тогда происходит галактический коллапс. Галактика перестает существовать, как устойчивая система.

Если Галактике предстоит бесславная смерть, то как определить, когда это произойдет?

Кошачий глаз

the phase center Galaxy of Cat’s Eye (Фазы центра Галактики в виде кошачьего глаза)

the center Galaxy of Cat’s Eye (Центр Галактики в виде кошачьего глаза)

Cat’s Eye (Кошачий Глаз)

Стабильность любой галактики можно выяснить по состоянию и виду центра, виду ядра галактики, что является окружающей звездной массой вокруг сверхмассивной черной дыры. Нормальным состоянием галактики является объемное, не плотное, светящееся ядро. Где плотность звездной массы расположена далеко от центра галактики, закручено в рукава скоплений звездной массы.

«Бар (перемычка) — выглядит как плотное вытянутое образование, состоящее из звёзд и межзвёздного газа. По расчётам, главный поставщик межзвёздного газа к центру галактики.« — что совершенно не правильно, в данном случае не поставка звездного газа, а поставка звездного вещества к центру активизировавшегося ядра галактики.

Такое наблюдается во многих галактиках, не стоит говорить, что приближение звездной массы к центру галактики грозит коллапсом для звездного вещества, и такое вполне может себя проявить. Появится оптически видимое состояние активности ядра галактики, как называемое Кошачий Глаз. Не надо путать это с планетарной туманностью Кошачий Глаз, активное состояние ядра галактики в виде «Кошачьего глаза» и туманность в виде «Кошачьего глаза» — две разные вещи.

Приведенные пять фаз состояния галактики говорят о активности галактического ядра:

1) Стабильное состояние галактического ядра выглядит, как плотно закрученное скопление звездной массы в виде рукавов, вокруг светлого шаровидного ядра.

2) Начало активности галактического ядра, начало распрямления рукавов, и стремление звездной массы к центру галактики, образовании перемычки, напоминающей Кошачий Глаз.

3) Средняя фаза активности галактического ядра, показывает необратимый процесс притяжения звездной массы к гравитационному поясу сверхмассивной черной дыры.

4 и 5) Заключительные фазы состояния галактического цента подготавливают бывшую некогда спокойную галактику к галактическому коллапсу, стремление остатков галактики к гравитационному поясу сверхмассивной черной дыды.

Интересующее активное состояние ядра галактики в виде «Кошачьего глаза» в начале галактического коллапса, а не последствия звездного коллапса в виде туманности «Кошачий глаз», потому, что будет уже поздно говорить вначале и процессе уничтожения целой галактики, и гибели солнечной системы тоже. Так, как, все астрономические объекты, находящиеся в рукавах галактики, пройдут в гравитационный пояс, и в его пределах будут уничтожены, распылены на элементарные частицы.

Рассматривая процесс образования Кошачьего Глаза в центре Галактики, можно с точностью сказать, что астрономическая материя галактики захватывается гравитацией черной дыры и разделяется на элементарные частицы, которые концентрируются вокруг галактического ядра. Гравитационный захват происходит медленно и размеренно, за счет слабых исходящих релятивистских струй энергии из полюсов черной дыры, удерживающих галактические объекты на достаточном расстоянии, и малыми порциями допускающиеся к уничтожению.

Приближаясь к черной дыре, астрономические объекты разгоняются до световой скорости, и в максимальной близости от зоны сингулярности, расщепляются на элементарные частицы, нагревая черную дыру. За счет термодинамики и уменьшения в размере, черная дыра быстрее производит этот процесс — уничтожения окружающих галактических объектов, превращая всю галактику в элементарные частицы для последующего процесса.

Не существует уже звезд, не существует планет и других объектов вокруг сверхмассивной черной дыры, некогда бывшей созидательной силой, а существует сверхмассивная черная дыра ставшая Квазаром и плотный, яркий пояс из элементарных частиц вокруг гравитационного пояса галактического ядра.

На звездном небе много галактик с активным состоянием ядра, и это заслуживает большего внимания для понимания природы сверхмассивных черных дыр, их состояния покоя, их начала активности, и их перехода в состояние Квазар.

Квазары

Когда материальный объект попадает за гравитационный пояс сверхмассивной черной дыры, он начинает разгоняться до огромной скорости. Скорость, которой достигают все объекты в пределе пояса гравитации, и эта скорость не сопоставима с космическими скоростями. От 180 тысяч до 600 тысяч километров в час и даже во много раз больше этих значений, такова эта скорость, которую можно достичь путем гравитации черной дыры, что даже дойдет и до скорости света, но уже в виде элементарных частиц.

Но это всего половина возможного, что ожидает любой объект попавший за гравитационный пояс черной дыры. Потому, что элементарная материя разгоняется до субсветовой скорости в непосредственной близости от черной дыры, в пределах гравитационного пояса, и под воздействием сверхгравитации. Но и не только гравитация разбивает на элементарные частицы материю, а огромная температура в этом процессе способствует этому, о чем говорит огромная яркость активного ядра Квазара.

Есть еще одна вспомогательная вещица, это образовывающиеся квантовые черные дыры, между элементарной материей и черной дырой. Любому объекту столкнувшимся с черной дырой, предстоит разложиться на элементарные частицы. И это произойдет с любой элементарной материей, как под воздействием квантовых генераторов сфокусированных в одной точке, и при достижении неограниченной мощности, так и от воздействия квантовых черных дыр. Насколько ближе подходит объект к черной дыре, настолько плотно соприкасается с сверхмагнитным веществом, что разделяется на атомы от воздействия излучения квантовых черных дыр и их квантовой гравитации.

Именно квантовые черные дыры инструмент в разложении элементарной материи на элементарные частицы, а после превращения частиц в энергию, а скорость и сверхмагнетизм всего лишь условия. В течении галактического коллапса квазар накапливает вокруг себя достаточное количество элементарной материи, что составляет наружную оболочку, а ядром является разогретая сверхмассивная черная дыра. В определенный момент, когда элементарная материя разогрелась до температуры равной звездной оболочки, при бесконечно огромном давлении, происходит высвобождение энергии в пространство в виде луча, излучения огромной мощности, что излучает черная дыра при создавшихся условиях.

Это излучение настолько интенсивное и мощное, что если попадет на обитаемый уголок, как планета Земля, жизнь исчезнет, а обитаемая планета превратится в безжизненную. Настолько губительное это излучение, что даже из совершено далекой галактики, губительно для всего живого. Этот процесс излучения продолжается до конечного поглощения наружной оболочки, неизбежного перехода массы в энергию посредством квантовых черных дыр. После остается только сгусток материи или одиночно блуждающая черная дыра, все зависит, чья масса больше за время существования Квазара, окружающих бывших звезд в виде элементарных частиц или сверхмассивной черной дыры.

Квантовые черные дыры

С тех пор как почти 100 лет назад задумались об ускорителе элементарных частиц, и 50 лет назад использовали их для решения таких задач, как разрушение атомов, превращения элементов, наблюдение за антивеществом и поиском частиц, ранее не наблюдавшихся в природе. Вскоре исследователи смогут формировать наиболее таинственные объекты Вселенной — черные дыры.

Черные дыры обычно представляются массивными монстрами, способными заглатывать космические корабли и даже звезды. Но дыры, которые будут созданы, дальние родственниками тем астрофизическим «бегемотам». Это микроскопические объекты размером с элементарную частицу. Они не смогут разрывать звезды, не станут господствовать в галактиках или угрожать нашей планете. Но их свойства поразительны: они должны испаряться вскоре после своего рождения, освещая датчики частиц, подобно рождественской елке. Таким образом, они могли бы дать ключ к пониманию связи пространства и времени и к решению вопроса о том, существуют ли другие измерения.

Два типа черных дыр

Первый тип черных дыр: Астрофизические черные дыры являются остатками массивных звезд, которые сколлапсировали под собственным весом. Когда на них падает вещество, они действуют как космические ускорители элементарных частиц, и единственный источник энергии, способный объяснить мощные потоки рентгена и быстрые газовые струи, наблюдаемые у рентгеновских двойных систем, а также преобразующие гравитационную в потенциальную энергию.

Второй тип черных дыр: Микроскопические черные дыры, которые имеют планковскую массу. Они возникли сразу после Большого взрыва при сжатии газовых уплотнений. Если пространство имеет скрытые измерения, то дыры могут рождаться и сегодня, при столкновении быстрых частиц и условиях сверхмагнетизма. Вместо того, чтобы «заглатывать» вещество, они переводят массу материи в квант энергии, испуская излучение и быстро распадаясь.

Энергия квантовой черной дыры

Осознание того, что дыры могут быть маленькими и какие квантовые эффекты могут при этом возникать, приводят к выводам, что энергия у черной дыры с массой выраженной Планком, прямо пропорциональна массе, это достаточно для испускания как безмассовых частиц, типа фотонов, так и массивных — электронов и позитронов. У квантовой черной дыры исходит количество квантов энергии в миллионы раз большее, чем у обычной элементарной частицы, равной по размеру. Почему такое происходит? В принципе квантовая дыра и элементарная частица схожи допустим только размерами, но на этом сходство заканчивается. Квантовая дыра извлекает энергию из окружающего пространства, по средством своих свойств, и покуда существует возможность получать энергию — живет квантовая дыра, а элементарные частицы отдают свою энергию окружающему пространству, естественно все это происходит до определенного предела.

Согласно теории относительности, информация о том, что попало в черную дыру, утеряно навсегда. Однако если дыра испаряется, то что происходит с информацией, содержавшейся внутри? Согласно предположению Хокинга, черные дыры полностью испаряются, уничтожая при этом информацию, что противоречит принципам квантовой механики. Разрушение информации не согласуется с законом сохранения энергии и делает подобный сценарий неправдоподобным. Масса, информация, все при «исчезновении» переходит в энергию.

Предположение о том, что от черных дыр ничто не остается, также неприемлемо. Но самом деле должно быть бесконечное разнообразие типов таких остатков, чтобы черные дыры смогли закодировать всю информацию о своем содержимом. Ведь законы физики гласят, что частота рождения частиц пропорциональна количеству их типов. Значит, остатки черной дыры должны рождаться в бесконечном количестве, в случае, если в природе существование их неустойчивое. И есть еще положение о локальности, согласно которому события в разных точках пространства могут влиять друг на друга только после того, как свет от одного дошел до другого, что неверно, и это до сих пор является камнем преткновения для теоретиков.

При соответствующих условиях две частицы при условиях сверхмагнетизма или сверхдавления, столкнувшись, могут создать квантовую черную дыру. Новорожденная дыра асимметрична, она может вращаться, вибрировать и иметь электрический заряд. Время и масса приблизительны. Энергия квантовой черной дыры в 1 ТэВ эквивалентна её массе около 10^-24 кг. Успокаиваясь, квантовая черная дыра излучает гравитационные и электромагнитные волны. Как сказал физик Джон Уилер (John A. Wheeler), «дыра теряет свои волосы», т. е. становится невыразительным объектом, имеющим только заряд, спин и массу. Да и заряд быстро уходит, когда дыра испускает заряженные частицы.

Черная дыра уже не черная: она излучает. Сначала излучение уносит энергию вращения (спин), так что дыра замедляется и принимает сферическую форму. В основном излучение исходит вдоль экваториальной плоскости черной дыры.

Перестав вращаться, черная дыра характеризуется только массой, которая также уносится излучением и массивными частицами, которые испускаются во всех направлениях.

Дыра приближается к массе Планка (минимально возможной массе согласно существующей теории) и становится ничем. Согласно теории струн она начнет испускать струны, т.е. самые фундаментальные частицы вещества.

Созидание квантовой черной дыры

Насколько сильно нужно сжать кусочек вещества, чтобы он превратился в черную дыру? Чем легче тело, тем сильнее нужно на него воздействовать, прежде чем его собственная гравитация станет достаточной для создания дыры. Планеты и люди гораздо дальше от этого предела, чем звезды. Волновая природа вещества препятствует сжатию, частицы не могут быть сжаты до размера меньшего, чем характерная длина их волны, поэтому дыра не может иметь массу менее 10^-8 кг. Но если у пространства есть дополнительные измерения, гравитация может существенно усиливаться на малых расстояниях, и объект не придется так сильно сжимать.

За прошедшее десятилетие физики поняли, что нет необходимости в достижении планковской плотности. Теория струн, одна из основных соперниц квантовой теории гравитации, предсказывает, что пространство имеет более трех измерений. Гравитация, в отличие от прочих сил, должна распространяться по всем этим измерениям и поэтому необычайно усиливаться на коротких расстояниях. В трехмерном пространстве сила гравитации учетверяется при уменьшении расстояния между объектами вдвое. Но в девятимерном пространстве гравитация стала бы в 256 раз сильнее. Данный эффект мог бы быть существенным, если бы дополнительные измерения пространства были достаточно большими. Но возможна и более сложная конфигурация дополнительных измерений — компактификация (т. е. свертывание дополнительных измерений), которая дает тот же эффект усиления гравитации и наиболее вероятна, если теория струн верна.

Дополнительный рост гравитации означает, что не осознан истинный масштаб энергии, при которой законы квантовой механики и гравитации смыкаются, когда зарождается черная дыра. Несмотря на то что пока нет экспериментальных подтверждений возможностей БАК для получения макроскопических черных дыр, и подобные идеи не проливают свет на многие теоретические загадки. Но, при сверхмагнетизме верно, что плотность, необходимая для рождения черной дыры, может лежать в достижимых пределах. Только стоит опасаться выделения количества энергии из одной элементарной частицы в условиях сверхмагнетизма, которая будет не сопоставима по своей мощности с термоядерной бомбой в своем превосходстве.

Достаточно взять небольшое количество водорода (единственного газа после момента Большого Взрыва) и при определенных условиях воздействия, зародившиеся квантовые дыры выделят такую энергию из этого объема, которая будет неимоверна разрушительна, и создаст все элементы, рождаемые в центре звезд. И при управляемом этом процессе и сверхмагнетизме, черные дыры различных размеров могли бы выделять безграничное количество энергии из элементарной материи, и даже дадут возможность проникнуть в дополнительные измерения, которые недоступны. И поскольку гравитация, в отличие от прочих сил, простирается в иные измерения, то и черные дыры тоже их чувствуют. Физики могут изменять размер черных дыр, настраивая ускоритель частиц на разную мощность энергии.

Создание черных дыр в ускорителях позволило бы проникнуть в глубины материи. В прошлом столетии физики упорно продвигались к границам микромира: от мельчайших пылинок — к атомам, затем к протонам, нейтронам и, наконец, к кваркам. Если они смогут создавать черные дыры, то достигнут масштаба Планка, который, как полагают, является пределом расстояния, меньше которого сами понятия пространства и длины, и сингулярности, по-видимому перестают существовать. Любая попытка исследовать существование более коротких расстояний, осуществляя столкновения при более высоких энергиях, неизбежно закончилась бы рождением черной дыры. В столкновениях при больших энергиях, вместо того, чтобы дробить вещество на мелкие кусочки, надо стремиться к рождению черных дыр планковского и все большего размера. Таким образом, их появление ознаменует конец всех споров и начало важного направления науке, возникнут новые задачи — исследования дополнительных измерений, времени, энергии и пространства, антигравитации и антиматерии, темной материи и энергии.

«Убийцы» Галактик

«Убийцами» Галактик являются не Сверхмассивные Черные Дыры, а маленькие чудовища, порождаемые сверхмассивной черной дырой, этим безобидным и созидательным монстром Вселенной, размер убийц Галактик равен величине Планка в своем радиусе и массе, это безжалостные и беспощадные убийцы Галактик — Квантовые Черные Дыры, уничтожающие все вокруг себя, преобразующие материю в энергию ради своего существования.

Квантовые черные дыры являются как созидательной силой ВСЕГО, так и являются разрушительной силой всего сущего во Вселенной, посредством Звезд, Сверхмассивных черных дыр, Квазаров, и начального процесса в существовании Вселенной — Большого Взрыва.

См. также

• Большой взрыв
• Чёрная дыра
• Галактика
• Звезда
• Квазар
• Максимон

Источники

• Краткий перевод из журнала Scientific American. 2005, May, 48–55

Ссылки

• Климец А. П. Геоны, чёрные дыры и фундаментальная планковская длина из книги Мирозданье постигая. ..
• Эйнштейн А. Теория Относительности.
• Стивен Хокинг Черные дыры и молодые вселенные. (Stephen Hawking Black Holes and Baby Universes and Other Essays. 2004)

«Квантовые волосы» помогли разрешить парадокс исчезновения информации в черной дыре

Группа физиков из трех стран предложила решение парадокса исчезновения информации в черной дыре с помощью «квантовых волос»: материя внутри черной дыры на квантовом уровне кодирует информацию во внешнем гравитационном поле, а это, в свою очередь, отражается на излучении Хокинга. В первой работе, опубликованной в журнале Physical Review Letters, физики доказали зависимость состояний гравитонов снаружи черной дыры от состояния и распределения вещества внутри нее. Во второй работе, опубликованной в журнале Physics Letters B, ученые объяснили, как эта связь осуществляет унитарное испарение черной дыры.

В своих работах 1974 и 1976 года Стивен Хокинг привел доказательство того, что черные дыры медленно излучают частицы в тепловом спектре, постепенно испаряясь. Качественно, но не совсем корректно этот процесс можно описать следующим образом. Из-за принципа неопределенности Гейзенберга поля частиц могут на мгновение «брать взаймы» энергию и порождать виртуальную пару частица-античастица, которая в нормальных внешних условиях тут же самоуничтожится, вернув энергию назад. Однако вблизи горизонта событий приливные силы настолько велики, что могут затянуть одну из виртуальных частиц внутрь черной дыры, а другая частица улетит прочь. При этом, за счет сильного гравитационного поля, упавшие в черную дыру частицы в среднем будут иметь отрицательную энергию, уменьшая массу, заряд и спин черной дыры, а достигшее внешнего наблюдателя излучение — так называемое излучение Хокинга — будет находиться в термальном состоянии, которое зависит только от массы, заряда и спина черной дыры на момент излучения частицы. Более точную информацию про излучение Хокинга вы можете найти в нашем блоге «Что общего между излучением Хокинга и эффектом Унру?» и материале «Летописец времени».

Исходя из предположения, что излучение черной дыры действительно имеет исключительно тепловую природу и никаких других каналов выхода информации нет, была сформулирована теорема об отсутствии волос: две разные черные дыры с одинаковой массой, зарядом и спином неотличимы друг от друга. Вскоре после открытия излучения у черных дыр Хокинг сформулировал парадокс исчезновения информации в черной дыре, суть которого заключается в том, что черная дыра будет постепенно испаряться, избавляясь от ранее попавших в нее тел вместе с информацией о них. С точки зрения квантовой механики при этом происходит следующее: объект попал в черную дыру в чистом состоянии, а покинуть ее он сможет только в смешанном состоянии в виде термального излучения Хокинга — такой процесс не унитарен, а унитарность эволюции считается одним из важнейших постулатов квантовой механики (с помощью унитарного оператора можно производить эволюцию квантового состояния вперед и назад во времени).

Поскольку вывод парадокса основан на предположениях, которые не учитывают квантовую природу пространства-времени и особенности старых черных дыр, одни ученые утверждают, что к расчетам Хокинга достаточно добавить квантовые поправки, которые и будут нести информацию о внутреннем состоянии черной дыры, а другие сходятся на том, что информация покидает черную дыру на последних этапах ее жизни. Помимо этого, известны многие другие решения парадокса. Например, одно исследование утверждает, что информация преодолевает горизонт событий в форме корреляций между частицами в излучении Хокинга, а в 2016 году Строминджер, Перри и Хокинг выпустили статью, в соответствии с которой информация покидает черную дыру через низкоэнергетичные частицы без массы — «мягкие волосы» (фотоны или гравитоны). О последней работе мы подробно говорили с физиком Эмилем Ахмедовым.

Новый шаг в разрешении информационного парадокса сделала группа ученых под руководством Ксавье Калме (Xavier Calmet) из университета Сассекса и Стивена Хсю (Stephen D.H. Hsu) из университета штата Мичиган. В первой статье ученые доказали взаимно однозначное соответствие между состоянием гравитационного поля снаружи черной дыры и состоянием вещества внутри нее, а во второй вывели из этого унитарность испарения черной дыры — итоговое состояние излучения Хокинга будет находиться в суперпозиции чистых состояний, зависящих от внутреннего состояния черной дыры.

В первой из упомянутых работ ученые продемонстрировали зависимость состояния поля гравитонов от энергии внутреннего состояния черной дыры, а также объяснили, почему каждому значению энергии черной дыры соответствует конкретное квантовое состояние, которое несет гораздо больше информации, чем масса, заряд и спин черной дыры. Затем физики показали, каким образом в гравитонах кодируется информация. Оказалось, что поправки к потенциалу Ньютона, которые возникают из уравнения Эйнштейна с квантовыми поправками, зависят от внутренней структуры черной дыры. Другими словами, две черные дыры одинаковой массы, но с разным распределением материи внутри дают различные поправки к гравитационному потенциалу, а значит и состояния гравитонов по ту сторону горизонта событий у них будут отличаться. Это и означает, что у черной дыры есть «квантовые волосы».

Во второй статье физики, основываясь на выводах первой работы, объясняют, как состояние гравитонов влияет на излучение Хокинга. Поскольку внешнее гравитационное поле на квантовом уровне зависит от внутреннего состояния черной дыры, амплитуда излучения частицы в сублидирующем порядке будет также зависеть от состояния черной дыры. Авторы утверждают, что эта зависимость существенна и делает смешанное состояние излучения Хокинга чистым, возвращая унитарность испарению. Тем временем, при излучении частицы состояние внешнего гравитационного поля меняется, как меняется и внутреннее состояние черной дыры, а значит, амплитуда излучения следующей частицы будет зависеть уже от нового состояния черной дыры, и так далее, пока черная дыра полностью не испарится. В конечном итоге суммарное состояние излучения будет суперпозицией чистых состояний, зависящих от начального состояния черной дыры. Из этого состояния обращением времени (то есть некоторым унитарным оператором) можно получить исходное состояние черной дыры, что было невозможно без учета квантовых поправок.

И хотя, по словам авторов, влияние внутреннего состояния черной дыры на излучение Хокинга значительно, в лидирующем порядке оно остается тепловым. Увы, на данном этапе развития техники проверить это экспериментально не представляется возможным, поскольку температура излучения Хокинга для черной дыры массы солнца в сто миллионов раз меньше температуры реликтового излучения. Чтобы как-то исследовать излучение Хокинга на практике, ученые ищут аналоги этому явлению в более доступных моделях. В 2019 году, например, физики из Израиля и Мексики получили оптический аналог излучения Хокинга с помощью эффекта Керра.

Елизавета Чистякова

Нашли опечатку? Выделите фрагмент и нажмите Ctrl+Enter.

Черные дыры и квантовое сознание

Ирина Шрайбер о загадках Вселенной

16 Ноября 2020

Квантовую физику можно сравнить с волшебством, настолько невероятны и загадочны те процессы и явления, которые она исследует. Физик-ядерщик Ирина Шрайбер уверена, что это очень сложная для понимания наука, которая, тем не менее, может приоткрыть завесу многих загадок Вселенной. Свою первую очную встречу после затянувшегося периода изоляции эксперт посвятила одной из самых увлекательных, по ее мнению, тем – вопросу о черных дырах и квантовом сознании. Встреча состоялась в Планетарии 1 при участии Дома молодежи Санкт-Петербурга. Информационное агентство Global Women Media с удовольствием делится «конспектом» лекции.

Ирина Шрайбер кандидат физико-математических наук, научный сотрудник Европейского центра ядерных исследований (CERN, Женева)

Нобелевская премия – одна из самых престижных международных премий, ежегодно присуждаемая за выдающиеся научные открытия, революционные изобретения, крупный вклад в культуру или развитие общества. В этом году лауреатами в области физики стали ученый-теоретик Роджер Пенроуз и ученые-экспериментаторы Райнхард Генцель и Андреа Гез. Им удалось то, что долгое время казалось совершенно невероятным: доказать существование сверхмассивного компактного объекта в центре Галактики, по своим характеристикам напоминающего черную дыру.

Сама Ирина Шрайбер уже много лет работает в Европейском центре ядерных исследований, на базе которого действует большой адронный коллайдер. По своей сути это огромный прибор для воссоздания условий Большого взрыва: в нем возможно разогнать частицы практически до скорости света, а затем столкнуть их между собой. Так с помощью экспериментов ученые стремятся понять, каким образом были созданы все объекты Вселенной, в том числе и черные дыры.

«Можем ли мы с помощью адронного коллайдера создать миниатюрную черную дыру на Земле? Теоретически – да. Однако до сих пор ни одной такой черной дыры при экспериментах зафиксировано не было», – рассказывает Ирина Шрайбер.

То, что известно о черных дырах сегодня, – это лишь крошечная часть информации, позволяющая слегка приоткрыть «завесу тайны». Тем не менее за этими знаниями стоит огромная многолетняя работа ученых из разных стран. Научный труд, за который англичанин Роджер Пенроуз получил Нобелевскую премию, был опубликован еще в 1965 г. Уже тогда ученый утверждал, что общая теория относительности Эйнштейна надежно предсказывает образование черных дыр. По сути, он математически доказал, что физика, которую мы используем для описания различных процессов, верна и в отношении черных дыр. Спустя много лет его коллеги, астрофизики из США и Германии Андреа Гез и Райнхард Генцель, доказали существование черных дыр уже на практике, а не только в теории. Именно они обнаружили в центре Галактики невидимый и чрезвычайно тяжелый объект, управляющий орбитами звезд.

Интересно, что сам Роджер Пенроуз, работая над теорией, не воспринимал черные дыры как реальный объект. В его представлении это был скорее некий математический аппарат. Кто бы тогда мог подумать, что спустя десятилетия мир сможет увидеть фотоизображение настоящего космического чуда?

Физика устроена таким образом, что в достоверности теорий невозможно быть уверенными до тех пор, пока они не будут доказаны экспериментально. Именно поэтому совершивший открытие в 1965 г. Роджер Пенроуз был удостоен премии лишь спустя 55 лет.

Черная дыра – сверхмассивный объект. Это означает, что своим существованием он влияет на всё, что находится вокруг него. Увидеть саму черную дыру фактически невозможно. Ученым удалось вычислить ее местонахождение в Галактике, проследив за изменением орбиты звезд, их смещением с «привычного» предполагаемого пути.

В апреле 2019 г. в общем доступе появилась уникальная фотография с изображением черной дыры. Однако на ней человеческому глазу видна не «таинственная бездна», а образующийся вокруг нее ореол, состоящий из вращающихся газа и пыли. Именно за ним находится тот самый «горизонт событий», за которым исчезают все попадающие в его зону объекты.

Существует мнение, что черная дыра может быть похожа на «кротовую нору» – путь, который соединяет одну область пространства-времени с другим местом во Вселенной. Однако на практике это не доказано. До сих пор ни один попавший внутрь черной дыры объект не вернулся в видимую часть космоса.

Что же происходит на самом деле? Сверхмассивный объект сжимается, сворачивается сам в себя, его масса и гравитация сосредоточиваются в одной точке, образую черную дыру. И в этой локальной области время и пространство начинают искажаться.

Помимо исследования, связанного с черными дырами, Роджер Пенроуз уделял много внимания вопросам существования квантового сознания. По мнению ученого, искажение пространства и времени способно вызывать определенные события на квантовом уровне, которые влияют на поведение частиц в структурах головного мозга человека, ответственных за сознание.

«Многие физики до сих пор скептически относятся к этой гипотезе. И, пожалуй, я вхожу в их число. Однако если подумать о том, что черные дыры тоже когда-то были объектом исключительно теоретическим, а в этом году ученые получили премию за свои открытия, то теория о квантовом сознании тоже обретает право на существование», – отмечает Ирина.

«Сложно сказать, существует ли квантовое сознание на самом деле. Квантовая физика – наука, которую сложно притянуть к нашему макромиру. Тем не менее никакого опровержения тому, что она не работает в сознании человека, ученые так и не нашли».

Один из ведущих специалистов в квантовой физике Ричард Фейнман однажды заявил о том, что ни один человек в мире, по его мнению, не разбирается в квантовой механике, в том числе и он сам. Никто до конца не понимает, что происходит внутри черных дыр. Никто до конца не понимает, что такое сознание и как оно работает. И это, предполагает ученый, вполне может оказаться звеньями одной цепи.

Чтобы показать всю сложность восприятия квантовой физики человеческим сознанием, Ирина привела в пример эксперимент, впервые проводившийся около 200 лет назад. Ученые наблюдали за тем, как поток частиц проходит через две тонкие щели, оставляя след на экране, расположенном позади полотна с отверстиями. Так они пытались понять, что представляют собой «испытуемые» – волны или отдельные точки. Результат оказался поражающим. В момент, когда наблюдатели со всем вниманием через специальный прибор следили за движением частиц через щели, след на экране показывал две тонкие полоски, что было вполне логично. Однако если наблюдатели не следили за самим процессом, а обращались лишь к его результату, то на экране оказывалось множество полос-следов. Ученые пришли в замешательство. Казалось, что частицы становятся волнами лишь тогда, когда за ними наблюдают.

Исходя из такого эксперимента, можно было бы сделать интересный вывод. Природа «знает» не только о том, смотрим ли мы, но и о том, планируем ли мы смотреть. Иными словами, именно природа регулирует сознание человека.

С научной точки зрения существует два объяснения произошедшему. Согласно копенгагенской интерпретации физики определяют элементарные частицы и как волны, и как частицы одновременно. Чтобы провести над частицей наблюдение, ее надо ударить о кванты измерительного прибора. И именно из-за этого удара волновые функции «схлопываются». То есть наблюдатель не влияет своим наблюдением на частицу, влияют только кванты измерительного прибора.

Многомировая интерпретация говорит о том, что существуют параллельные вселенные, в каждой из которых действуют одни и те же законы природы. При каждом акте измерения квантового объекта наблюдатель «расщепляется» на несколько версий самого себя. Каждая из этих версий «видит» свой результат измерения.

Какая из теорий верна или наиболее достоверна? Ответа у науки нет. Однако Ирина Шрайбер напомнила известный риторический вопрос Альберта Эйнштейна: «Вы действительно считаете, что Луна существует, только когда вы на нее смотрите?»

Ярким примером манипуляции сознанием человека являются оптические иллюзии. Подобная практика показывает, что реальность выглядит такой, какой сами люди формируют ее в своем сознании. Мысли человека создают перспективу всего того, что существует в мире. Другими словами, люди порождают физическую реальность своей субъективностью.

«Когда я, ученый-экспериментатор, что-то доказываю или опровергаю, я ориентируюсь на какую-либо существующую теорию, на те знания, которые у меня уже есть. Мое сознание, как и сознание любого человека, не может представлять собой белый лист. И тогда мы попадаем в своеобразную ловушку. С одной стороны, любая теория может быть справедливо доказана или опровергнута, с другой стороны, мы можем ошибаться, опираясь на субъективность нашего сознания», – рассуждает Ирина Шрайбер.

Роджер Пенроуз считал, что не сознание способно влиять на квантовую механику, а квантовая механика вовлечена в сознание человека, является его частью.

По его мнению, мозг человека содержит специальные белковые «трубочки», которые могут быть интерпретированы как квантовые объекты. В этом случае способность человека поддерживать различные, кажущиеся несовместимыми, психологические состояния, вполне вероятно, может быть не причудой восприятия, а реальным квантовым эффектом.

Другой астрофизик Макс Тегмарк придерживается иной точки зрения. Он утверждает, что квантовые эффекты легко разрушаются в теплой и влажной среде, такой как живая клетка.

Есть много версий касательно существования и не существования квантового сознания. Тема открыта для обсуждений и исследований, и от этого она становится еще интереснее.

В одной из своих книг Роджер Пенроуз написал: «Если законы физики могут нарушаться при зарождении Вселенной, почему они не могут нарушаться где-то еще? Может произойти что угодно, если только это не абсолютно запрещено».

«Квантовая теория очень сложна для понимания, поскольку описывает мир, в котором частица может находиться в нескольких местах одновременно и перемещаться из одного места в другое. В то же время она очень полезна. Потому что понимание поведения малейших кирпичиков мироздания укрепляет наше понимание всего остального. Мир намного сложнее и разнообразнее, чем может казаться», – уверена Ирина Шрайбер. 

Виктория Ежова,
информационное агентство «Global Women Media»

Поделиться страницей:

Читать все статьи рубрики

Теги: #ИРИНА ШРАЙБЕР #НАУКА #ЭКСПЕРТНОЕ МНЕНИЕ #КВАНТОВАЯ ФИЗИКА #ФИЗИКА #СОЗНАНИЕ

Quantum Black Holes — Scientific American

E ver С тех пор, как физики изобрели ускорители частиц почти 80 лет назад, они использовали их для таких экзотических задач, как расщепление атомов, трансмутация элементов, производство антивещества и создание частиц, ранее не наблюдаемых в природе. Однако, если повезет, вскоре они смогут принять вызов, после которого эти достижения покажутся почти обыденными. Ускорители могут создавать самые загадочные объекты во Вселенной: черные дыры.

Когда думают о черных дырах, обычно представляют себе массивных монстров, способных проглатывать космические корабли или даже звезды целиком. Но дыры, которые могут образоваться на ускорителях самых высоких энергий — возможно, уже в середине 2008 года, когда Большой адронный коллайдер (БАК) в ЦЕРНе запустится на полную расчетную энергию — являются дальними родственниками таких астрофизических гигантов. . Они были бы микроскопическими, сравнимыми по размеру с элементарными частицами. Они не будут разрывать звезды, править галактиками или представлять угрозу для нашей планеты, но в некоторых отношениях их свойства должны быть еще более драматичными. Из-за квантовых эффектов они испарялись вскоре после образования, освещая детекторы частиц, как рождественские елки. Поступая таким образом, они могли бы дать ключ к разгадке того, как пространство-время сплетено воедино и есть ли у него невидимые высшие измерения.

Плотное сжатие

В ЕГО СОВРЕМЕННОЙ ФОРМЕ концепция черных дыр возникает из общей теории относительности Эйнштейна, которая предсказывает, что если материя достаточно сжата, ее гравитация становится настолько сильной, что она вырезает область пространства из которого ничто не может избежать. Граница области — это горизонт событий черной дыры: объекты могут падать внутрь, но никто не может выйти. В простейшем случае, когда пространство не имеет скрытых измерений или эти измерения меньше размера дыры, его размер прямо пропорционален массе. Если бы вы сжали Солнце до радиуса в три километра, примерно в четыре миллионных его нынешнего размера, оно превратилось бы в черную дыру. Чтобы Землю постигла та же участь, вам нужно было бы сжать ее в радиусе девяти миллиметров, что составляет примерно одну миллиардную часть ее нынешнего размера.

Таким образом, чем меньше отверстие, тем выше степень сжатия, необходимая для его создания. Плотность, до которой должно быть сжато вещество, обратно пропорциональна квадрату массы. Для дыры с массой Солнца плотность составляет около 10 ¹⁹ килограммов на кубический метр, что выше, чем у атомного ядра. Такая плотность почти самая высокая, которую можно создать в результате гравитационного коллапса в нынешней Вселенной. Тело легче Солнца сопротивляется коллапсу, потому что оно стабилизируется квантовыми силами отталкивания между субатомными частицами. Согласно наблюдениям, самые легкие кандидаты в черные дыры имеют массу около шести солнечных.

Однако дыры могут образовываться не только при коллапсе звезд. В начале 1970-х Стивен Хокинг из Кембриджского университета и один из нас (Карр) исследовали механизм образования дыр в ранней Вселенной. Их называют первичными черными дырами. По мере расширения Вселенной средняя плотность материи уменьшается; поэтому в прошлом плотность была намного выше, в частности, превышала ядерный уровень в течение первой микросекунды после Большого взрыва. Известные законы физики допускают плотность вещества до так называемого планковского значения 10 ⁹⁷ килограмм на кубический метр — плотность, при которой сила гравитации становится настолько сильной, что квантово-механические флуктуации должны разрушить ткань пространства-времени. Такой плотности было бы достаточно, чтобы создать черные дыры всего лишь 10 ³⁵ метров в поперечнике (измерение, известное как планковская длина) с массой 10 ⁸ килограммов (планковская масса).

Это самая легкая из возможных черных дыр согласно общепринятым описаниям гравитации. Она намного массивнее, но гораздо меньше по размеру, чем элементарная частица. По мере падения космической плотности могли образоваться все более тяжелые первичные черные дыры. Любая светлее 10 ¹² кг по-прежнему будет меньше протона, но за пределами этой массы дыры будут такими же большими, как более знакомые физические объекты. Те, что сформировались в эпоху, когда космическая плотность соответствовала ядерной плотности, имели бы массу, сравнимую с солнечной, и поэтому были бы макроскопическими.

Высокая плотность ранней Вселенной была предпосылкой образования первичных черных дыр, но не гарантировала его. Чтобы область перестала расширяться и превратилась в черную дыру, она должна была быть плотнее средней, поэтому также были необходимы флуктуации плотности. Астрономы знают, что такие флуктуации существовали, по крайней мере, в больших масштабах, иначе такие структуры, как галактики и скопления галактик, никогда бы не слились воедино. Для образования первичных черных дыр эти флуктуации должны были быть сильнее на меньших масштабах, чем на больших, что возможно, но не неизбежно. Даже в отсутствие флуктуаций дырки могли спонтанно образоваться при различных космологических фазовых переходах — например, когда Вселенная закончила свой ранний период ускоренного расширения, известного как инфляция, или в эпоху ядерной плотности, когда частицы, такие как протоны, сконденсировались. из супа составляющих их кварков. Действительно, космологи могут наложить важные ограничения на модели ранней Вселенной, исходя из того факта, что не так уж много материи оказалось в первичных черных дырах.

Иду, Иду, Ушел?

Осознание того, что дыры могут быть маленькими, побудило Хокинга задуматься о том, какие квантовые эффекты могут иметь место, и в 1974 году он пришел к своему знаменитому выводу, что черные дыры не только поглощают частицы, но и выплевывают их. Хокинг предсказал, что дыра излучает тепло подобно горячему углю с температурой, обратно пропорциональной ее массе. Для дыры солнечной массы температура составляет около одной миллионной доли Кельвина, что совершенно ничтожно в современной Вселенной. Но для черной дыры 10 ¹² килограммов, что примерно равно массе горы, составляет 10 ¹² кельвинов — достаточно горячо, чтобы испускать как безмассовые частицы, такие как фотоны, так и массивные, такие как электроны и позитроны.

Поскольку излучение уносит энергию, масса дыры имеет тенденцию к уменьшению. Итак, черная дыра очень нестабильна. По мере того, как он сжимается, он постоянно нагревается, испуская все более энергичные частицы и сжимаясь все быстрее и быстрее. Когда отверстие сморщивается до массы примерно 10 ⁶ кг, игра окончена: за секунду он взорвется с энергией ядерной бомбы в миллион мегатонн. Общее время испарения черной дыры пропорционально кубу ее начальной массы. Для дыры солнечной массы время жизни ненаблюдаемо велико — 10 ⁶⁴ лет. Для 10 ¹² килограммов это 10 ¹⁰ лет — примерно нынешний возраст Вселенной. Следовательно, любые первичные черные дыры такой массы завершали бы свое испарение и взрывались бы прямо сейчас. Любые более мелкие испарились бы в более раннюю космологическую эпоху.

Работа Хокинга была огромным концептуальным прорывом, поскольку она связала три ранее несовместимые области физики: общую теорию относительности, квантовую теорию и термодинамику. Это был также шаг к полной квантовой теории гравитации. Даже если первичные черные дыры на самом деле никогда не образовывались, размышления о них привели к замечательным физическим открытиям. Так что может быть полезно изучить что-то, даже если этого не существует.

В частности, это открытие открыло глубокий парадокс, который направлен на то, почему общую теорию относительности и квантовую механику так трудно согласовать. Согласно теории относительности, информация о том, что попадает в черную дыру, теряется навсегда. Однако если дыра испарится, что произойдет с содержащейся в ней информацией? Хокинг предположил, что черные дыры полностью испаряются, уничтожая информацию и нарушая основные принципы квантовой механики. Но такое уничтожение информации также противоречит закону сохранения энергии, что делает эту возможность маловероятной.

Один из вариантов, когда испаряющиеся черные дыры оставляют после себя остатки, столь же неприятен. Чтобы эти остатки могли закодировать всю информацию, которая могла попасть в черную дыру, они должны быть бесконечного разнообразия типов. Законы физики предсказывают, что скорость образования частицы пропорциональна количеству типов этой частицы. Следовательно, остатки черной дыры будут производиться с бесконечной скоростью; даже такие повседневные физические процессы, как включение микроволновой печи, могут их генерировать. Природа была бы катастрофически нестабильна. Третья (и наиболее вероятная) возможность заключается в том, что информация ускользает из-за нарушения локальности — представления о том, что события в пространственно разделенных точках могут влиять друг на друга только после того, как свет успел пройти между ними — это более глубокое, чем обычное квантовое явление. нелокальность. Эта загадка бросает вызов теоретикам и по сей день.

В поисках дыр

ПРОГРЕСС В ФИЗИКЕ обычно требует некоторого руководства экспериментом, поэтому вопросы, возникающие в связи с микроскопическими черными дырами, мотивируют их эмпирический поиск. Одна возможность состоит в том, что астрономы могли бы обнаружить первичные черные дыры с начальной массой 10 ¹² килограммов, взрывающиеся в современной Вселенной. Примерно десятая часть массы этих дыр пойдет на гамма-лучи. В 1976 году Хокинг и Дон Пейдж, тогда работавшие в Калифорнийском технологическом институте, поняли, что наблюдения гамма-фона накладывают строгие верхние ограничения на количество таких дыр. Например, они не могли составлять значительную часть темной материи Вселенной, и их взрывы редко происходили достаточно близко, чтобы их можно было обнаружить. В середине 19Однако в 90-х годах Дэвид Клайн из Калифорнийского университета в Лос-Анджелесе и его коллеги предположили, что самые короткие гамма-всплески могут быть следствием взрыва первичных черных дыр. Хотя считается, что более длинные вспышки связаны со взрывающимися или сливающимися звездами, у коротких событий может быть другое объяснение. Будущие наблюдения должны решить этот вопрос, но возможность того, что астрономические наблюдения смогут исследовать последние стадии испарения черной дыры, заманчива.

Создание черных дыр с помощью ускорителей частиц — еще более захватывающая возможность. Когда дело доходит до получения высокой плотности, ни одно устройство не может сравниться с такими ускорителями, как БАК и Тэватрон в Национальной ускорительной лаборатории Ферми в Батавии, штат Иллинойс. Эти машины ускоряют субатомные частицы, такие как протоны, до скоростей, чрезвычайно близких к скорости света. Тогда частицы обладают огромной кинетической энергией. На БАК протон достигнет энергии примерно в семь тераэлектрон-вольт (ТэВ). В соответствии со знаменитым соотношением Эйнштейна E = mc ² , эта энергия эквивалентна массе 10 ²³ кг, или в 7000 раз больше массы покоя протона. Когда две такие частицы сталкиваются на близком расстоянии, их энергия концентрируется в крошечной области пространства. Поэтому можно предположить, что время от времени сталкивающиеся частицы сближаются достаточно, чтобы сформировать черную дыру.

В нынешнем виде у этого аргумента есть проблема: масса 10 ²³ кг далеко не соответствует планковскому значению 10 ⁸ килограмм, что предполагает обычная теория гравитации, является самой легкой из возможных дыр. Этот нижний предел возникает из принципа неопределенности квантовой механики. Поскольку частицы также ведут себя как волны, они размазываются на расстоянии, которое уменьшается с увеличением энергии — при энергиях LHC около 10 ¹⁹ метров. Так что это наименьшая область, в которой может быть упакована энергия частицы. Он допускает плотность 10 ³⁴ кг на кубический метр, что достаточно много, но недостаточно для образования дыры. Чтобы частица была достаточно энергичной и достаточно компактной, чтобы образовать черную дыру, она должна иметь планковскую энергию, множитель 10 ¹⁵ за пределами энергии БАК. Интересно, что ускорители могут создавать объекты, математически связанные с черными дырами. Релятивистский коллайдер тяжелых ионов в Брукхейвенской национальной лаборатории в Аптоне, штат Нью-Йорк, возможно, уже сделал это, но сами черные дыры, похоже, находятся вне досягаемости.

Достижение других измерений

Однако ЗА ПОСЛЕДНИЕ ДЕСЯТИЛЕТИЯ физики осознали, что стандартная оценка необходимой планковской плотности может быть слишком высокой. Теория струн, один из ведущих претендентов на квантовую теорию гравитации, предсказывает, что пространство имеет измерения, превышающие обычные три. Гравитация, в отличие от других сил, должна распространяться в эти измерения и в результате неожиданно усиливаться на коротких расстояниях. В трех измерениях сила гравитации увеличивается в четыре раза, когда вы вдвое сокращаете расстояние между двумя объектами. Но в девяти измерениях гравитация будет в 256 раз сильнее. Этот эффект может быть очень важным, если дополнительные измерения пространства достаточно велики, и в последние несколько лет он широко изучался. Существуют и другие конфигурации дополнительных измерений, известные как искривленные компактификации, которые имеют тот же эффект усиления гравитации и могут быть даже более вероятными, если теория струн верна; они были тщательно изучены в последние годы.

Этот усиленный рост силы гравитации означает, что истинный энергетический масштаб, при котором сталкиваются законы гравитации и квантовой механики — и могут быть созданы черные дыры — может быть намного ниже, чем традиционное ожидание. Хотя пока нет никаких экспериментальных данных, подтверждающих эту возможность, эта идея проливает новый свет на различные теоретические загадки. И если это правда, то плотность, необходимая для создания черных дыр, может находиться в пределах досягаемости БАК.

Теоретическое исследование образования черных дыр при высокоэнергетических столкновениях восходит к работам Роджера Пенроуза из Оксфордского университета в середине 19-го века.70-х и Питера ДИТа и Филипа Норберта Пейна, оба тогда в Кембридже, в начале 1990-х. Новооткрытая возможность существования больших дополнительных измерений вдохнула новую жизнь в эти исследования и побудила Тома Бэнкса из Калифорнийского университета в Санта-Крузе и Университета Рутгерса, а также Вилли Фишлера из Техасского университета в Остине написать в 1999 году статью с предварительным обсуждением проблемы черного цвета. изготовление отверстий.

На семинаре 2001 года две группы — одна из нас (Гиддингс) со Скоттом Томасом из Стэнфордского университета и Савас Димопулос из Стэнфорда с Грегом Ландсбергом из Брауновского университета — независимо друг от друга описали наблюдаемые эффекты и, следовательно, потенциальные за открытие образования черных дыр на коллайдерах частиц, таких как LHC. После нескольких расчетов мы были поражены. Приблизительные оценки показали, что при самых оптимистичных сценариях, соответствующих наименьшему возможному значению шкалы Планка, черные дыры могут образовываться со скоростью одна в секунду. Физики называют ускоритель, производящий частицу с такой скоростью, фабрикой, поэтому БАК был бы фабрикой черных дыр.

Испарение этих отверстий оставит очень характерные отпечатки на детекторах. Типичные столкновения производят умеренное количество высокоэнергетических частиц, но распадающаяся черная дыра отличается. Согласно работе Хокинга, он излучает большое количество частиц во всех направлениях с очень высокими энергиями. Продукты распада включают все виды частиц, встречающихся в природе. С тех пор несколько исследовательских групп провели все более подробные исследования замечательных сигнатур, которые черные дыры будут давать в детекторах на БАК.

Идет дождь из черных дыр?

ПЕРСПЕКТИВА образования черных дыр на Земле некоторым может показаться безумием. Откуда мы знаем, что они благополучно распадутся, как и предсказывал Хокинг, вместо того, чтобы продолжать расти и в конечном итоге поглотить всю планету? На первый взгляд, это кажется серьезным поводом для беспокойства, особенно если учесть, что некоторые детали первоначального аргумента Хокинга могут быть неверными — в частности, утверждение о том, что информация уничтожается в черных дырах.

Но общие квантовые рассуждения подразумевают, что микроскопические черные дыры не могут быть стабильными и, следовательно, безопасными. Концентрации массовой энергии, такие как элементарные частицы, стабильны только в том случае, если закон сохранения запрещает их распад; примеры включают сохранение электрического заряда и барионного числа (что, если оно каким-либо образом не нарушается, обеспечивает стабильность протонов). Не существует такого закона сохранения, чтобы стабилизировать маленькую черную дыру. В квантовой теории все, что прямо не запрещено, является обязательным, поэтому маленькие черные дыры будут быстро распадаться в соответствии со вторым законом термодинамики.

Действительно, столкновения с высокой энергией, подобные тем, что произошли на LHC, уже имели место, например, в ранней Вселенной и даже сейчас, когда космические лучи достаточно высокой энергии попадают в нашу атмосферу. Так что, если столкновения с энергиями LHC могут создавать черные дыры, природа уже безвредно производила их прямо над нашими головами. Ранние оценки Гиддингса и Томаса показали, что космические лучи с наивысшей энергией — протоны или более тяжелые атомные ядра с энергиями до 10 ⁹ ТэВ — могут производить до 100 черных дыр в атмосфере в год.

Кроме того, они вместе с Дэвидом Дорфаном из Калифорнийского университета Санта-Крус и Том Риццо из Стэнфордского центра линейных ускорителей и независимо друг от друга Джонатан Л. Фенг из Калифорнийского университета в Ирвине и Альфред Д. Шапер из Университета Кентукки обнаружили, что столкновения космических нейтрино могут быть еще более опасными. продуктивный. Если это так, то новая обсерватория космических лучей Оже в Аргентине, которая в настоящее время собирает данные, и модернизированная обсерватория Fly’s Eye в Юте, возможно, смогут увидеть несколько отверстий в год. Эти наблюдения, однако, не устранят необходимости в экспериментах с ускорителями, которые могли бы создавать дыры более надежно, в большем количестве и при более контролируемых обстоятельствах.

Создание черных дыр откроет новые горизонты физики. Их простое присутствие было бы неопровержимым свидетельством ранее скрытых измерений пространства, и, наблюдая за их свойствами, физики могли бы начать исследовать географические особенности этих измерений. Например, по мере того как ускорители производят черные дыры с увеличивающейся массой, дыры будут проникать все дальше в дополнительные измерения и могут стать сопоставимыми по размеру с одним или несколькими из них, что приведет к заметному изменению зависимости температуры дыры от массы. Точно так же, если черная дыра станет достаточно большой, чтобы пересечь параллельную трехмерную вселенную в дополнительных измерениях, ее свойства распада внезапно изменятся.

Создание черных дыр в ускорителях также означало бы конец одного из исторических поисков человечества: понимания материи во все более мелких масштабах. За прошедшее столетие физики отодвинули границу малого — от пылинок до атомов, протонов и нейтронов и кварков. Если они смогут создавать черные дыры, они достигнут масштаба Планка, который считается кратчайшей осмысленной длиной, предельным расстоянием, ниже которого, вероятно, перестают существовать сами понятия пространства и длины. Любая попытка исследовать возможное существование более коротких расстояний путем проведения столкновений с более высокой энергией неизбежно приведет к образованию черных дыр. Столкновения с более высокой энергией вместо того, чтобы расщеплять материю на более мелкие части, просто произвели бы более крупные черные дыры. Таким образом, появление черных дыр означало бы закрытие рубежа науки. Однако на его месте появится новый рубеж — исследование географии дополнительных измерений пространства.

АВТОР

БЕРНАРД Дж. КАРР и СТИВЕН Б. ГИДДИНГС впервые лично встретились на конференции, посвященной 60-летию Стивена Хокинга в 2002 году. Найджела Колдера под названием The Violent Universe . Он стал аспирантом Хокинга в 1970-х годах, был одним из первых ученых, исследовавших маленькие черные дыры, и сегодня является профессором Лондонского университета королевы Марии. Гиддингс уловил ошибку физики, когда его отец впервые рассказал ему о странных свойствах квантовой механики. Он стал экспертом в области квантовой гравитации и космологии, одним из первых исследовал возможность создания черных дыр в ускорителях частиц и сейчас является профессором Калифорнийского университета в Санта-Барбаре. Когда он не теоретизирует о гравитации, он борется с ней скалолазанием.

Эта статья была первоначально опубликована под названием «Квантовые черные дыры» в SA Special Editions 17, 1s, 20-27 (июль 2012 г.)

doi:10.1038/scientificamerican0407-20sp

Стивен Б. Гиддингс — квантовый физик из Калифорнийского университета в Санта-Барбаре, специализирующийся на теории высоких энергий, квантовых аспектах гравитации и квантовых черных дырах. Кредит: Ник Хиггинс

Последние статьи Стивена Б. Гиддингса

• Escape из черной дыры

Ученые утверждают, что волосатые черные отверстия объясняют парадокс Hawking

• Опубликовано

  000Z»> 17 марта

Изображение. закончилось топливо и взорвалось

Автор: Паллаб Гош

Научный корреспондент

Ученые говорят, что они решили один из самых больших парадоксов в науке, впервые выявленный профессором Стивеном Хокингом.

Он подчеркнул, что черные дыры ведут себя так, что две фундаментальные теории противоречат друг другу.

Черные дыры — это мертвые звезды, которые схлопнулись и имеют такую ​​сильную гравитацию, что даже свет не может вырваться.

Новое исследование утверждает, что разрешило этот парадокс, показав, что черные дыры обладают свойством, которое они называют «квантовыми волосами».

«Проблема решена!» Об этом эксклюзивно для BBC News заявил профессор Ксавьер Кальмет из Университета Сассекса с большим удовлетворением. Он был среди тех, кто разработал математические методы, которые, как говорят, разрешили парадокс.

В основе парадокса лежит проблема, которая угрожает подорвать две самые важные физические теории. Общая теория относительности Эйнштейна говорит, что информация о том, что входит в черную дыру, не может выйти наружу, но квантовая механика утверждает, что это невозможно.

Профессор Кальме и его коллеги говорят, что они показали, что составляющие звезды оставляют отпечаток в гравитационном поле черной дыры.

Ученые назвали отпечаток «квантовыми волосами», потому что их теория превосходит более раннюю идею под названием «теорема об отсутствии волос», разработанную профессором Джоном Арчибальдом Уилером из Принстонского университета в Нью-Джерси в XIX веке.60-е годы.

Источник изображения, BBC/Richard Ansett

Image caption,

Профессор Стивен Хокинг в 1970-х годах придумал парадокс, который предполагал, что либо общая теория относительности, либо квантовая механика не совсем верны.

Профессор Уилер придумал это название, потому что оно передает математическое описание черной дыры: сущности, которая имеет массу, вращение и заряд, но в остальном не имеет других физических характеристик, лысой, если хотите.

«Теорема о волосах да» профессора Кальмета, опубликованная в журнале Physical Review Letters, является революционной. Он утверждает, что разрешает парадокс Хокинга, который глубоко беспокоил физиков с тех пор, как профессор Хокинг предложил его в 19 веке.70-е годы.

Парадокс поднял вероятность того, что либо квантовая механика, либо общая теория относительности могут иметь недостатки, что является ужасающей перспективой для физиков-теоретиков, поскольку они являются двумя столпами, на которых держится большая часть нашего понимания Вселенной.

• Опубликовано первое в истории изображение черной дыры
• Измерение температуры черных дыр
• Хокинг: черные дыры хранят информацию

Источник изображения, DR JEAN LORRE/SCIENCE PHOTO LIBRARY

Image caption,

Это изображение в искусственных цветах позволяет предположить, что в центре галактик есть черная дыра. Но что происходит с материалом, который в них всасывается?

«Теорема о волосах да» претендует на разрешение парадокса путем преодоления разрыва между общей теорией относительности и квантовой механикой. Понятие квантовых волос позволяет информации о том, что попадает в черную дыру, снова выходить наружу, не нарушая ни одного из важных принципов любой из этих теорий. Это простое и элегантное решение.

«Но пройдет некоторое время, прежде чем люди это примут, — говорит профессор Кальме.

Потому что это очень важно в мире теоретической физики.

«Хокинг придумал парадокс в год моего рождения, — говорит профессор Кальме.

С тех пор многие известные физики со всего мира работали над ним, предлагая очень драматические вещи для его объяснения, включая тех, кто предположил, что некоторые аспекты квантовой механики ошибочны.

«Поэтому потребуется некоторое время, чтобы люди признали, что для решения проблемы не нужно радикальное решение», — сказал профессор Кальме.

Если «теорема о волосах» выдержит проверку, он сказал, что это может стать первым шагом в соединении теорий относительности, которые касаются гравитации и квантовой механики, которые в основном сосредоточены на трех других силах природы: электромагнетизме и две ядерные силы.

«Одним из следствий парадокса Хокинга была несовместимость общей теории относительности и квантовой механики. Мы обнаружили, что они очень совместимы.»

Исследовательская группа, в которую также входят профессор Роберто Касадио из Болонского университета и профессор Стивен Хсу из Мичиганского государственного университета, опиралась на работу профессора Суврата Раджу из Международного центра теоретических наук в Бангалоре, Индия.

Профессор Раджу с несколькими сотрудниками ранее показал, что вся информация внутри черной дыры может быть извлечена извне благодаря эффектам квантовой гравитации.

«За последние несколько лет было признано, что теорема об отсутствии волос неверна из-за квантовых эффектов, и это разрешает парадокс Хокинга», — сказал он.

Подпишитесь на Pallab в Twitter

• Физика
• Черные дыры
• Стивен Хокинг

Квантовая черная дыра. II | Успехи теоретической физики

Фильтр поиска панели навигации Progress of Theoretical PhysicsЭтот выпускJPS JournalsPhysicsBooksJournalsOxford Academic Термин поиска мобильного микросайта

Закрыть

Фильтр поиска панели навигации Progress of Theoretical PhysicsЭтот выпускJPS JournalsPhysicsBooksJournalsOxford Academic Термин поиска на микросайте

Расширенный поиск

Журнальная статья

Чжун Чао Ву

Чжун Чао Ву

Ищите другие работы этого автора на:

Оксфордский академический

Google ученый

Progress of Theoretical Physics , том 97, выпуск 6, июнь 1997 г. , страницы 873–880, https://doi.org/10.1143/PTP.97.873

Опубликовано:

01 июня 1997 г.

5 История статьи

Получено:

10 февраля 1997 г.

Опубликовано:

01 июня 1997 г.

Фильтр поиска панели навигации Progress of Theoretical PhysicsЭтот выпускJPS JournalsPhysicsBooksJournalsOxford Academic Термин поиска мобильного микросайта

Закрыть

Фильтр поиска панели навигации Progress of Theoretical PhysicsЭтот выпускJPS JournalsPhysicsBooksJournalsOxford Academic Термин поиска на микросайте

Advanced Search

Abstract

Считается, что пространство-время планковской эры Вселенной может быть описано метрикой де Ситтера. Первичные черные дыры должны возникать из обычных или обобщенных гравитационных инстантонов. Вероятность рождения черной дыры на фоне пространства де Ситтера является экспонентой отрицательного ее евклидова действия. Мы показываем, что вероятность создания сферически-симметричной, заряженной или нейтральной черной дыры является экспоненциальной величиной полной энтропии Вселенной. Энтропия составляет четверть суммы площадей черной дыры и космологического горизонта.

Каталожные номера

1)

Hartle

J. B.

Hawking

S. W.

Phys. Rev.

1983

D28

10.1103/PhysRevd.28.2960

2)

Gibbons

G. W.

Hartle

J. B.

Phys. Rev.

1990

D42

10.1103/PhysRevd.42.2458

3)

HU

X. M.

WU

Z. C.

0002 Физ. лат.

1984

B149

87

 

4)

Хейворд

Г.

Луко

0

0

5 Физ.

1990

D42

10.1103/PhysRevD.42.4032

5)

Wu

Z. C.

Prog. Теор. физ.

1997

97

10.1143/PTP.97.859

6)

Hawking

S.W.

Nucl. физ.

1984

B239

257

7)

Гиббонс

G.W.

Hawking

S.W.

5 90 Физ. Rev.

1977

D15

10.1103/PhysRevd.15.2738

8)

Ginsparg

P.

Perry

M. J.

Nucl. физ.

1983

B222

245

9)

Hawking

S. W.

Ross

S. F.

Физ. Rev.

1995

D52

10.