Взрыв чёрной дыры
Взрыв чёрной дыры
Прочитав прошлые абзацы, читатель может удивленно пожать плечами: “Настолько маленькое явление? Почему же оно вызвало такую бурю удивления и восторгов посреди физиков?”
Сначала поэтому, что до открытия С. Хоукинга физики были убеждены — статическое поле тяготения вне темной дыры никак не может рождать частички. Переменное же поле за горизонтом снутри дыры “невидимо”, “неосязаемо” для наружного наблюдающего, и о нем, казалось, можно запамятовать. Но квантовые процессы как раз в свойственны тем, что частичка возможно окажется там, где, исходя из убеждений традиционной физики, ее никак быть не должно. К примеру, частичка может “проникнуть” через энергетический барьер, когда у нее не хватает энергии на его преодоление. С. Хоукинг показал, что такое свойство квантовых частиц в случае темных дыр ведет к отменно новенькому эффекту — квантовому испарению темных дыр Предоставленные сами для себя, без наружных воздействий, они медлительно исчезают, преобразуются в термическое излучение, медлительно затягиваются в пространстве и времени. Принципная значимость открытия С Хоукинга состоит конкретно в том, что опровергнуто представление о вечности темных дыр.
Но это еще не все. Чем меньше дыра, тем большей температуре соответствует ее излучение.
По мере уменьшения массы темной дыры в процессе испарения, ее температура наращивается, а означает, и процесс испарения ускоряется Когда масса темной дыры уменьшится до тыщи тонн, температура ее излучения повысится до 1017 градусов! Процесс испарения преобразуется в умопомрачительный взрыв. Эти последние тыщи тонн, сосредоточенные в микроскопичном размере, дыра испускает, а лучше сказать, взрывает за одну десятую долю секунды. Выделившаяся энергия эквивалентна взрыву 1-го миллиона мегатонных водородных бомб! В таком фантастическом фейерверке исчезает то, что ранее казалось нескончаемой гравитационной пучиной.
Естественно, произойти это может очень не скоро. Расчеты демонстрируют, что если отсутствуют наружные воздействия, то темная дыра звездвой массы улетучится и взорвется в конце 1066-летнего периода. Настолько большой срок не могут представить для себя даже астрологи.
Но, возможно, эти процессы могут играть важную роль в дальнем будущем Вселенной. Об этом мы побеседуем в последующей части книжки.
Вернемся от последних мгновений жизни темной дыры несколько вспять, к ее нормальному состоянию и поглядим, какие частички при всем этом излучаются.
Темная дыра рождает не только лишь фотоны, да и другие частички. Сравнимо огромные темные дыры с массой в несколько солнечных владеют настолько низкой температурой, что могут создавать только безмассовые частички.
Эти частички всегда летят со скоростью света и не имеют своей массы покоя. К ним относятся фотоны, элек-тронньте и мюонные нейтрино, также их античастицы и, в конце концов, еще не открытые гравитоны — кванты гравитационных волн. Темная дыра с массой, обычной для звезд, рождает в особенности много нейтрино (81 процент всего потока) всех видов, потом фотонов (17 процентов) и гравитонов (2 процента). Тот факт, что различные частички излучаются в различных количествах, разъясняется различием их параметров. Нейтрино испускается больше всего поэтому, что их квантовое вращение (на языке квантовой физики — спин) мало (1/2), а гравитонов меньше всего, потому что их спин максимален.
Темные дыры малой массы имеют огромную температуру. Так, температура темных дыр с массой меньше 1017—1016 граммов, выше 109—1010 градусов. Эта темные дыры порождают, кроме перечисленных частиц, электронно-позитронные пары. Заметим, что размеры таких темных дыр составляют всего 10-11 сантиметра — в 1000 раз меньше размеров атома.
Еще наименьшие темные дыры с массой меньше 5*1014 граммов способны источать также мюоны и поболее томные простые частички.
Размер этих темных дыр уже меньше атомного ядра. Естественно, такие карликовые темные дыры не могут появляться в процессе эволюции звезд. Но их возникновение было вероятным в дальнем прошедшем. Если сначала расширения Вселенной, когда вещество было плотным, образовались такие “первичные” чернью дыры с массой меньше 1015 граммов (на теоретическом уровне это может быть, как проявили Я. Зельдович и создатель этой книжки), то они все должны к нашему времени улетучиться. По этой причине процесс, открытый С. Хоукингом, имеет очень принципиальное значение для космологии.
Быстрее в плане желаний (хотя и строго научных) можно представить для себя в отдаленном будущем искусственное изготовка в космосе малых темных дыр. Они могли бы аккумулировать энергию, затраченную на их изготовка, и потом источать ее в данном темпе и с данной энергией частиц, которая определяется массой темных дыр. Так, темная дыра с массой 1015 граммов (масса маленький горы) будет испускать 1017 эрг за секунду в протяжении 10 млрд лет.
Много еще неявного в новеньком явлении. К примеру, непонятно, испаряется ли черпая дыра совершенно без остатка либо на ее месте остается частица с так именуемой планковской массой 10-5 грамма. Непонятно, можно ли следить процесс испарения темных дыр во Вселенной. И естественно, пока только умопомрачительными представляются какие-либо опыты с темными дырами в лаборатории физиков. Но уже то, что понятно, принуждает заного осмыслить многие нюансы эволюции материи во Вселенной.
Мы заканчиваем рассказ о дырах в пространстве и времени. Меньше столетия вспять люди не только лишь понятия не имели о том, что же все-таки это такое, но даже не смогли бы вообразить их для себя, если б какой-либо умопомрачительный путник во времени прибыл к ним из нашей эры и попробовал поведать о схожих чудесах природы.
Возлагаем надежды, что наш рассказ хоть частично растолковал необыкновенную популярность темы о темных дырах. И эту часть дилогии мы заканчиваем стихами поэта, выражающими чувство человека, столкнувшегося с одной из величайших загадок природы, с тем большущим новы” миром, который появляется после погибели звезд:
И звезды погибают во Вселенной… Звезда уходит как будто в глубь себя, В последней клике выплеснув все чувства… Уходит вовнутрь, во тьму, в ничто, оставив пучину времени-пространства, воронку мрака посреди звездной пыли. Голодный зев уже других миров… Что Дантов ад в сравненье с этим адом! Безгласной пучиной, заключенной в сферу, где время перепуталось с местом и все пути ведут к уничтоженью. И только темный ветер во Вселенной. Застывший ветер, смерч ва звездной пыли стоит на охране на краю воронки…
М. Катыс
Новиков И.Д.