Термодинамика черных дыр - Черные дыры во Вселенной
Из многих аспектов термодинамики черной дыры мы обсудим здесь только две проблемы: квантовое излучение черной дыры и тепловую атмосферу черной дыры.
С. Хокинг установил [5], что черная дыра должна испускать тепловое излучение, температура которого равна
Как, пользуясь обычными физическими понятиями, можно объяснить, что черная дыра ведет себя подобно обычному телу с температурой T Н? Ключом к пониманию природы теплового излучения черной дыры стали теоретические открытия, сделанные в середине 1970-х годов (см. [6]). Решающим моментом является существование горизонта событий для некоторых классов наблюдателей.
Например, для равномерно ускоренного наблюдателя в плоском пространстве-времени существует горизонт. Этот наблюдатель не может получить информацию из области за горизонтом. Волны вакуумных флуктуаций виртуальных частиц не ограничиваются исключительно областью над горизонтом; частично каждая волна флуктуации находится за горизонтом, а частично -- в пределах области, которую наблюдатель может видеть. Согласно квантовой механике, это принципиальное отсутствие информации о волнах вакуумных флуктуаций приводит к выводу (для ускоренного наблюдателя), что они являются действительными волнами.
В результате этот наблюдатель погружен в идеальный термостат с тепловым излучением, имеющим температуру, где а -- ускорение наблюдателя. Поскольку статический наблюдатель, находящийся непосредственно над горизонтом Шварцшильда, может рассматриваться как аналог ускоренного наблюдателя в плоском пространстве-времени, ускорение которого равно а = с 2 / z, где z -- расстояние до горизонта, то такой наблюдатель должен ощущать, что он погружен в тепловое излучение с локальной температурой. Это тепловое излучение формирует тепловую атмосферу дыры.
Излучение, преодолевающее воздействие гравитационного поля дыры, будет иметь красное смещение, характеризуемое множителем (1 - 2М /r ) 1/2 и поэтому такое излучение будет выходить с температурой T Н. Большая часть фотонов и других частиц вылетает наружу на небольшое расстояние от черной дыры и затем снова захватывается гигантским гравитационным полем дыры.
И только очень немногим частицам, движущимся почти точно вдоль радиуса, удается избежать гравитационного захвата дырой и они могут испариться в пространство. Такие частицы и формируют излучение Хокинга. Заметим, что свободно падающий наблюдатель не ощущает эту тепловую атмосферу. Он "видит" только "обычные" нулевые флуктуации вакуума.
Процесс хокинговского квантового испарения очень медленный. Полное время жизни пропорционально кубу массы черной дыры. Для черной дыры, масса которой равна 20, это время равно 10 70 лет. В принципе, для некоторых специальных процессов взаимодействие черной дыры с внешней Вселенной может существенно изменить эффективность выделения тепловой энергии из атмосферы черной дыры (см. статью Унру и Волда [7]).
Похожие статьи
-
Свойства черных дыр - Понятие о черной дыре
Вблизи черной дыры напряженность гравитационного поля так велика, что физические процессы там можно описывать только с помощью релятивистской теории...
-
Квантовое излучение черных дыр - Черные дыры
Утверждение, что конечное состояние черной дыры стационарно, правильно лишь в рамках обычной, не квантовой теории тяготения. Квантовые эффекты ведут к...
-
Термодинамика и испарение черных дыр - Черные дыры
Представления о черной дыре как об абсолютно поглощающем объекте были скорректированы С. Хокингом в 1975 году. Изучая поведение квантовых полей вблизи...
-
Свойства черных дыр - Черные дыры
Вблизи черной дыры напряженность гравитационного поля так велика, что физические процессы там можно описывать только с помощью релятивистской теории...
-
Черные дыры - Пространство и время, черные дыры
Черные дыры -- один из самых необыкновенных объектов, предсказываемых общей теорией относительности Эйнштейна. У черных дыр интересная история, поскольку...
-
ОТКРЫТИЕ ХОУКИНГА - Черные дыры
Сенсационное открытие было сделано в 1974 году английским теоретиком С. Хоукингом. Он показал, что существует квантовый процесс рождения частиц самой...
-
Квантовая черная дыра - Современные представления астрофизики. Физика черных дыр
Попробуем на пальцах разобраться, что такое Излучение Хокинга ? Пусть гравитация черной дыры описывается общей теорией относительности, тогда как...
-
Черные дыры в космосе - Галактика и Вселенная
В природе должны существовать экзотические объекты, предсказанные в XVIII веке выдающимся французским математиком и астрономом П. Лапласом (1749-1877)....
-
Новые открытия относительно черных дыр - Черные дыры
По недавнему заявлению астрономов из Университета Огайо, необычное двойное ядро в галактике Андромеды объясняется скоплением звезд, вращающихся по...
-
Представим себе, что вращающаяся черная дыра облучается электромагнитными волнами. Часть волн будет гравитационно захватываться черной дырой и навсегда в...
-
Гравитационные волны - Черные дыры
Теория тяготения Эйнштейна предсказала существование гравитационных волн. Они подобны электромагнитным, которые являются быстро меняющимся...
-
Как создать машину времени? - Черные дыры во вселенной
Теории о путешествиях во времени, пожалуй, остаются одними из самых впечатляющих вслед за разработками в области телепортации, торсионных полей и...
-
Черная дыра -- область в пространстве-времени, гравитационное притяжение которой настолько велико, что покинуть ее не могут даже объекты, движущиеся со...
-
ЧЕРНЫЕ ДЫРЫ ВЗРЫВАЮТСЯ! - Черные дыры
До открытия С. Хоукинга физики были уверены - статическое поле тяготения вне черной дыры никак не может рождать частицы. Переменное же поле за горизонтом...
-
Сверхмассивные черные дыры Разросшиеся очень массивные черные дыры, по современным представлениям, образуют ядра большинства галактик. В их число входит...
-
ЧЕРНЫЕ ДЫРЫ И КВАНТЫ, ПУСТАЯ ЛИ ПУСТОТА? - Черные дыры
ПУСТАЯ ЛИ ПУСТОТА? Бум, связанный с черными дырами, начался в астрономии в конце 50-х -- начале 60-х годов. Проходили годы, многое прояснялось в этой...
-
"У черных дыр нет волос" - Черные дыры во вселенной
Что произойдет, если две черные дыры столкнутся друг с другом? Образуют ли они новую, более массивную черную дыру? Астрофизик Дэвид Меррит полагает, что...
-
Черные дыры - Особенности теории конца жизни звезд
Термин "черная дыра" был весьма удачно введен в науку Джоном Уиллером в 1968 для обозначения "застывшей", сколлапсировавшей звезды. Рассмотрим, что...
-
Так ли черны черные дыры - Черные дыры
До 1970 г. Стивен Хокинг в своих исследованиях по общей теории относительности сосредоточивался в основном на вопросе о том, существовала или нет...
-
Сферически-симметричный коллапс - Современные представления астрофизики. Физика черных дыр
Теперь проанализируем причинную структуру пространства-времени вокруг звезды, коллапсирующей под действием гравитации звезды, именно этот процесс, как...
-
Черная дыра может быть и "белой" - Черные дыры
Долгое время черные дыры считались воплощением тьмы, объектами, которые в вакууме, в отсутствии поглощения материи, ничего не излучают. Однако в 1974...
-
Черные дыры в рамках теории струн - Пространство и время, черные дыры
В рамках теории струн можно исследовать внутреннее строение черных дыр. В особых случаях можно даже составить описание микроструктуры черной дыры. По...
-
Введение - Понятие о черной дыре
Термин "черная дыра" появился совсем недавно. Его ввел в обиход в 1969 г. американский ученый Джон Уилер как метафорическое выражение представления,...
-
Виды черных дыр - Понятие о черной дыре
А) Сверхмассивные черные дыры. Разросшиеся очень массивные черные дыры, по современным представлениям, образуют ядра большинства галактик. В их число...
-
Черная дырам - область в пространстве-времени, гравитационное притяжение которой настолько велико, что покинуть ее не могут даже объекты, движущиеся со...
-
И все-таки она светится! - Черные дыры во вселенной
Это не представляло проблемы, пока черные дыры считались вечными и неуничтожимыми. Ведь можно было считать, что информация не исчезла в них окончательно,...
-
Черные дыры и современная научная картина мира - Астрономия и современная картина мира
...А вдали наблюдается мир полосатых и пестреньких дыр. С бесконечным (по модулю) z, произвольно меняющих цвет... (Из старого астрофольклора) Стандартная...
-
Температура и энтропия черной дыры - Черные дыры
Существование черной дыры само по себе парадоксально. Черная дыра ведет себя, как тело с температурой, равной абсолютному нулю, потому что с помощью...
-
Заключение, Список литературы - Черные дыры
Таким образом, все "элементарные объекты" можно разделить на элементарные частицы (их длина волны больше их гравитационного радиуса) и черные дыры (длина...
-
ГРАВИТАЦИОННАЯ БОМБА - Черные дыры
До сих пор, рассматривая процессы вокруг черной дыры и способы извлечения из нее энергии, мы убедились, что эту энергию можно извлечь либо в форме...
-
"ЧЕРНЫЕ ДЫРЫ НЕ ИМЕЮТ ВОЛОС" - Черные дыры
До сих пор мы говорили только о черных дырах, возникающих при сжатии сферических тел и обладающих, поэтому сферически симметричным полем тяготения. А...
-
Если масса звезды в два раза превышает солнечную, то к концу своей жизни звезда может взорваться как сверхновая, но если масса вещества оставшегося после...
-
Разновидности Черных дыр, Малая Черная дыра - Черные дыры
Малая Черная дыра Черные дыры - это области пространства, настолько плотные, что даже свет не может преодолеть их гравитационного притяжения. Так как...
-
Общая характеристика Черных дыр, Представление о Черных Дырах - Черные дыры
Представление о Черных Дырах Одним из самых парадоксальных объектов, находящихся в космосе, - являются так называемые "черные дыры", или коллапсары -...
-
Черные дыры - Рождение и жизнь звезд
Термин "черная дыра" был весьма удачно введен в науку американским физиком Джоном Уилером в 1968 г. для обозначения сколлапсировавшей звезды. Как...
-
Предыстория черных дыр - Черная дыра: загадочная и таинственная
Черная дыра является порождением тяготения. Поэтому предысторию открытия черных дыр можно начать со времен И. Ньютона, открывшего закон всемирного...
-
Падение в черную дыру - Черные дыры
Представим себе, как должно выглядеть падение в шварцшильдовскую черную дыру. Тело, свободно падающее под действием сил гравитации, находится в состоянии...
-
Горизонтом событий является точка, в которой вторая космическая скорость равна скорости света. Внутри черной дыры эта скорость превышает скорость света....
-
Образование черных дыр. Гравитационный коллапс, гравитационный радиус - Черные дыры
Ученые установили, что черные дыры должны возникать в результате очень сильного сжатия какой-либо массы, при котором поле тяготения возрастает настолько...
-
Черные дыры - Космические тела
Если масса звезды в два раза превышает солнечную, то к концу своей жизни звезда может взорваться как сверхновая, но если масса вещества оставшегося после...
Термодинамика черных дыр - Черные дыры во Вселенной