0 просмотренных постов скрыто
Как умирают чёрные дыры?
Самые плотные и массивные объекты Вселенной живут ужасно долго, но не вечно. И вот, что с ними случается.
Сильно не пинайте!
Представляя себе чёрные дыры вы, наверно, думаете о сверхплотных и очень массивных участках пространства, откуда ничто не может убежать. Ни материя, ни антиматерия, ни даже свет! Вы также можете думать, что они продолжают питаться всем, чему не посчастливилось столкнуться с ними, даже тёмной материей.
Но в какой-то момент любая чёрная дыра во Вселенной не только закончит расти, но и начнёт уменьшаться, терять массу, до тех пор, пока не испарится полностью!
Начнём с обсуждения того, как выглядит пустое пространство.
В общей теории относительности пространство и время имеют запутанную связь, и формируют четырёхмерную ткань пространства-времени. Если вы уберёте все частицы во Вселенной на бесконечно большое расстояние от нужной вам точки, если вы уберёте факт расширения пространства из уравнений, если вы также устраните все виды излучений, и присущую космосу кривизну – вы сможете заявить, что создали плоское пустое пространство.
Но когда вы начинаете принимать во внимание, что живёте во Вселенной, где всеми частицами и их взаимодействиями управляет квантовая теория поля, вам придётся признать, что даже в отсутствие физических частиц, физические поля, управляющие их взаимодействиями, никуда не денутся. Одним из последствий этого будет то, что сущность, которую мы представляем себе, как «плоское пустое пространство», не избавлено от энергии. Вместо этого нужно представлять себе плоское пустое пространство как квантовый вакуум, где повсюду есть квантовые поля.
Вам может быть знакомой идея, что на квантовых масштабах во Вселенной существуют присущие пространству неопределённости конкретных параметров. Мы не можем одновременно знать расположение и импульс частицы, и чем лучше измеряем один из них, тем больше неопределённость у второго. Такое же взаимоотношение неопределённостей свойственно энергии и времени, что для нас сейчас важно.
Если вы наблюдаете за тем, что представляете себе, как пустое пространство, но при этом наблюдаете за этим в определённый момент времени, вам нужно учесть, что момент – это бесконечно малый промежуток времени. Из-за этого взаимоотношения неопределённостей существует огромная неопределённость в общем количестве энергии, содержащемся даже в пустом пространстве в это время. Это значит, что там может, в принципе, быть несколько пар из частиц и античастиц, существующих на очень кратких промежутках времени, пока они подчиняются известным законам сохранения, действующим в физической Вселенной.
Мы часто слышим объяснение вроде «пары частица-античастица возникают и исчезают в квантовом вакууме», и хотя такое объяснение довольно наглядно, на самом деле происходит не совсем это. Там нет настоящих частиц, в том смысле, что если вы запустите фотон или электрон через эту область пространства, они никогда не отразятся от частицы квантового вакуума. Это описание даёт нам возможность заглянуть в присущую квантовому вакууму «дрожь», и показывает, что там есть резервуар виртуальных частиц, позволяющий нам трактовать присущую пустому пространству энергию как сумму всех этих виртуальных частиц.
Повторюсь, так как это важно: существует энергия, присущая самому пустому пространству, и её можно представить, как сумму квантовых флуктуаций, присущих этому пространству.
Пойдём дальше. Представим, что пространство, вместо того, чтобы быть плоским и пустым, всё ещё пустое, но уже искривлено – то есть, в гравитационном поле космоса существуют отклонения.
Как будут выглядеть наши квантовые флуктуации? В частности, если мы позволим пространству искривляться из-за присутствия чёрной дыры, как они будут выглядеть снаружи и внутри горизонта событий?
Если представлять себе пары частица/античастица как реальные, и если одна убежит от чёрной дыры, а другая упадёт за горизонт событий – то получится, что во Вселенной прибавилось энергии: половина вне чёрной дыры и половина к массе чёрной дыры. Но эти пары частиц и античастиц не являются реальными, а представляют собою лишь способ визуализации и подсчёта энергии, присущей пространству.
Дело в том, что при искривлённом пространстве, как вы помните, существуют отклонения гравитационного поля. Мы используем флуктуации для помощи в визуализации энергии, присущей пустому пространство, но могут возникать флуктуации, начинающиеся снаружи горизонта событий, которые попадут внутрь горизонта, не успев ре-аннигилировать. Но нельзя украсть энергию у пустого пространства – что-то должно случиться, чтобы её сохранить. Поэтому каждый раз, когда виртуальная частица (или античастица) падает внутрь, настоящий фотон (или их набор) должен появиться для компенсации. И этот реальный фотон, покидающий горизонт событий, и уносит энергию от чёрной дыры.
Тот способ, который мы ранее использовали для визуализации процесса, когда одна из пары частиц падала, а другая – убегала, слишком наивен, чтобы быть полезным, поскольку уменьшению чёрных дыр способствуют не частицы или античастицы, а фотоны, соответствующие спектру чёрного тела.
Представьте квантовые флуктуации, при которых каждый раз, когда у вас появляется пара частица-античастица, из которых одна падает внутрь, появляется ещё одна пара частица-античастица, у которой внутрь падает другая. Оставшаяся снаружи пара из частицы и античастицы аннигилирует, испуская реальные фотоны, а те, что падают внутрь, забирают соответствующее количество массы (Е = мс^2) у чёрной дыры.
Это всё ещё не идеальная аналогия (потому что это всего лишь аналогия), но, по крайней мере горизонт событий в ней покидают фотоны, что соответствует предсказаниям излучения Хокинга. Фактически – хотя вам придётся провести подсчёты квантовой теории поля в искривлённом пространстве-времени, чтобы это выяснить – излучение Хокинга предсказывает, что спектр фотона будет соответствовать абсолютно чёрному телу с температурой, заданной:
что даст температуру меньше одного микроКельвина для чёрной дыры массой равной массе Солнца, меньше одного пикоКельвина для чёрной дыры в центре нашей галактики, и всего лишь несколько десятых от аттоКельвина для самой крупной из известных чёрных дыр. Скорость уменьшения, которому соответствует это излучение, настолько мало, что чёрные дыры будут расти, даже если они будут поглощать один протон за промежуток времени, сравнимый с возрастом нашей Вселенной – это будет продолжаться ещё примерно 10^20 лет.
После этого чёрные дыры массой с Солнце, наконец, начнут терять из-за излучения Хокинга в среднем больше энергии, чем поглощают, и полностью испарятся через 10^67 лет, а самые крупные из них – через 10^100 лет. Это может сильно превышать возраст Вселенной, но это и не вечность. А уменьшаться они будут благодаря излучению Хокинга, испуская фотоны.
В итоге: у пустого пространства есть энергия нулевого уровня, которая не равна нулю, а в искривлённом пространстве на горизонте событий чёрной дыры появляется низкоэнергетический спектр излучения абсолютно чёрного тела. Это излучение отнимает массу у чёрной дыры и слегка сжимает горизонт событий со временем.
Вот так чёрные дыры и умрут!
P.S.: Спасибо всем кто читает, подписывается, ставит "+" и поддерживает рублем! Вы лучшие!
Показать полностью
11
Ответ на пост «Излучение Хокинга (ScienceClic)»1
@introinspector, объясни мне пожалуйста.
на границе с черной дырой появляются две частицы, материя и антиматерия черная дыра одну частицу засасывает, это всегда рандомная частица. вторая частица улетает. это излучение хокинга. но частиц этих ровно 50/50 если черная дыра притянет частицу, то масса ее вырастет. если притянет античастицу, масса уменьшится. по сути черная дыра от этого не испаряется, но излучение происходит. почему ученые думают, что черная дыра в итоге испарится?
Излучение Хокинга (ScienceClic)1
Излучают ли сами черные дыры? Как определена температура черной дыры? Какие парадоксы порождает излучение Хокинга? В очередном видео от ScienceClic в моей озвучке.
Что такое информационный парадокс черных дыр
Вселенная — удивительное и странное место, наполненное необъяснимыми явлениями. Одно из таких явлений — информационный парадокс черных дыр, — кажется, нарушает основополагающий физический закон.
Горизонт событий черной дыры считается последним рубежом: попав за его пределы, ничто не может покинуть черную дыру, даже свет. Но касается ли это информации как таковой? Будет ли она навсегда утеряна в черной дыре, как и все остальное?
Прежде всего, надо понять, что информационный парадокс черных дыр не связан с тем, как мы привыкли воспринимать информацию. Когда мы думаем о напечатанных в книге словах, количестве битов и байтов в компьютерном файле или конфигурациях и квантовых свойствах составляющих систему частиц, мы думаем об информации как о полном комплекте всего необходимого для воссоздания чего бы то ни было с нуля.
Однако такое традиционное определение информации не является непосредственным физическим свойством, которое можно измерить или вычислить, как, например, это можно сделать с температурой. К счастью для нас, существует физическое свойство, которое мы можем определить как эквивалентное информации, — энтропия. Вместо того чтобы считать энтропию мерой беспорядка, о ней следует размышлять как о «недостающей» информации, необходимой для определения конкретного микросостояния какой-либо системы.
При поглощении массы черной дырой, количество энтропии вещества определено его физическими свойствами. Однако внутри черной дыры значение имеют только такие свойства, как масса, заряд и угловой момент. Для сохранения второго закона термодинамики это представляет серьезную проблему / © NASA/CXC/M.WEISS
Во Вселенной есть определенные правила, которым должна следовать энтропия. Второй закон термодинамики можно назвать самым нерушимым из них: возьмите любую систему, не позволяйте ничему в нее попасть или выйти из нее — и ее энтропия никогда внезапно не уменьшится.
Разбитое яйцо не собирается обратно в скорлупу, теплая вода никогда не разделяется на горячую и холодную части, а пепел никогда не собирается в форму объекта, которым он был до того, как сгорел. Все это было бы примером уменьшающейся энтропии, и, очевидно, ничего такого в природе не происходит само по себе. Энтропия может оставаться одинаковой и увеличиваться при большинстве обстоятельств, но она никогда не может вернуться в более низкое состояние.
Единственный способ искусственно уменьшить энтропию — ввести в систему энергию, тем самым «обманув» второй закон термодинамики, увеличивая внешнюю по отношению к этой системе энтропию на большее значение, чем она уменьшается в этой системе. Уборка в доме — отличный пример. Другими словами, от энтропии невозможно избавиться.
Так что же происходит, когда черная дыра кормится веществом? Давайте представим, что мы бросили книгу в черную дыру. Единственные свойства, которые мы можем приписать черной дыре, довольно прозаичны: масса, заряд и угловой момент. Книга содержит информацию, но, когда вы кидаете ее в черную дыру, она только увеличивает ее массу. Изначально, когда ученые начали изучать эту проблему, считалось, что энтропия черной дыры равна нулю. Но если бы это было так, попадание чего-либо в черную дыру всегда нарушало бы второй закон термодинамики. Что, конечно, невозможно.
Масса черной дыры – единственный определяющий фактор радиуса горизонта событий для невращающейся, изолированной черной дыры. В течение долгого времени считалось, что черные дыры – это статичные объекты в пространстве-времени Вселенной / © SXS Team/Bohn et. al.
Но как вычислить энтропию черной дыры?
Эту идею можно проследить до Джона Уилера, размышлявшего о том, что происходит с объектом при падении в черную дыру с точки зрения наблюдателя вдалеке от горизонта событий. С большого расстояния нам бы казалось, что падающий в черную дыру человек асимптотически приближается к горизонту событий, все больше и больше краснея из-за гравитационного красного смещения и бесконечно долго двигаясь по направлению к горизонту из-за эффекта релятивистского замедления времени. Таким образом, информация от чего-либо, упавшего в черную дыру, осталась бы «зашифрованной» на ее поверхности.
Это элегантно решает проблему и звучит разумно. Когда что-то падает в черную дыру, ее масса увеличивается. При увеличении массы увеличивается и ее радиус, а значит, и площадь поверхности. Чем больше площадь поверхности, тем больше информации можно зашифровать.
Это означает, что энтропия черной дыры вовсе не нулевая, а как раз наоборот — огромная.
Несмотря на то что горизонт событий относительно мал по сравнению с размерами Вселенной, количество пространства, необходимое для записи одного квантового бита, мало, а значит, на поверхности черной дыры можно записать невероятные объемы информации. Энтропия увеличивается, информация сохраняется, а законы термодинамики сохраняются. Можно расходиться, так?
На поверхности черной дыры могут быть закодированы биты информации, пропорциональной площади поверхности горизонта событий / © T.B. Bakker/Dr. J.P. Van Der Scharr/Universiteit Van Amsterdam
Не совсем. Дело в том, что, если черные дыры обладают энтропией, у них должна быть и температура. Как и в случае с любым другим объектом с температурой, от них должно исходить излучение.
Как продемонстрировал Стивен Хокинг, черные дыры испускают излучение в определенном спектре (спектр абсолютно черного тела) и на конкретной температуре, определенной массой черной дыры. Со временем это излучение энергии приводит к потере черной дырой ее массы, согласно известному уравнению Эйнштейна: E=mc^2. Если энергия испускается, она должна откуда-то исходить, а это «где-то» должно быть самой черной дырой. Со временем черная дыра будет терять свою массу быстрее и быстрее и в один момент — в далеком будущем — она полностью испарится в яркой вспышке света.
Но если черная дыра испаряется в излучении абсолютно черного тела, определенном только ее массой, что же происходит со всей информацией и энтропией, записанной на ее горизонте событий? Ведь нельзя просто уничтожить эту информацию?
Это корень информационного парадокса черных дыр. Черная дыра должна обладать высокой энтропией, включающей в себя всю информацию о том, что ее создало. Информация о падающих в нее объектах записывается на поверхности горизонта событий. Но при распаде черной дыры посредством излучения Хокинга горизонт событий исчезает, оставляя за собой только излучение. Это излучение, как предполагают ученые, зависит только от массы черной дыры.
Представим, что у нас есть две книги — об абсолютной бессмыслице и «Граф Монте-Кристо», — содержащие разные объемы информации, но идентичные по массе. Мы кидаем их в идентичные черные дыры, от которых ожидаем получить эквивалентное излучение Хокинга. Для стороннего наблюдателя все выглядит так, будто информация уничтожается, а учитывая то, что мы знаем об энтропии, это невозможно, так как нарушило бы второй закон термодинамики.
Если мы сожжем эти две книги одинакового размера, то вариации молекулярных структур, порядок букв на бумаге и другие мелкие различия содержали бы в себе информацию, при помощи которой мы могли восстановить информацию в книгах. Она может прийти в полный беспорядок, но сама по себе никуда не денется. Тем не менее информационный парадокс черных дыр представляет собой реальную проблему. Как только черная дыра испаряется, от этой изначальной информации не остается ни следа в наблюдаемой Вселенной.
Возможно, решения этого парадокса пока нет и он представляет серьезную проблему для физики. Тем не менее есть два варианта его возможного решения:
1. Информация полностью уничтожается при испарении черной дыры, а значит, с этим процессом связаны новые физические законы.
2. Испускаемое излучение каким-то образом содержит в себе эту информацию, следовательно, излучение Хокинга представляет собой нечто большее, чем известно науке.
Большинство людей, работающих над этой проблемой, считают, что должен существовать некий способ, при помощи которого сохраненная на поверхности черной дыры информация «отпечатывается» в исходящем излучении. Однако никто пока не знает, как именно это происходит. Возможно, информация на поверхности черной дыры вносит квантовые поправки в исключительно тепловое состояние излучения Хокинга? Может быть, но это пока не доказано. На сегодня есть множество гипотетических решений этого парадокса, но ни одно из них еще не было подтверждено.
Информационный парадокс черных дыр не зависит от того, является ли природа квантовой Вселенной детерминистической или недетерминистической, какую квантовую интерпретацию вы предпочитаете, существуют ли скрытые переменные и множества других аспектов природы реальности. И хотя многие предложенные решения включают голографический принцип, пока не известно, играет ли он какую-то роль в итоговом решении парадокса.
Показать полностью
5
Возможно ли передать энергию через вакуум?
Теперь, когда вы познакомились с физическим вакуумом и несколькими его эффектами, давайте подумаем, как можно использовать их для передачи энергии на более дальние расстояния, чем это позволяет эффект Казимира, и без значительных потерь энергии вследствие рассеяния квантов электромагнитного излучения, как при обычном спонтанном излучении.
В квантовой физике существует особая количественная величина, называемая квантовой информацией. Мерой количества квантовой информации называют энтропию фон Неймана. Энтропия непосредственно связывает информацию с энергией. Информация в терминах энтропии фон Неймана позволяет описывать запутанные состояния. Одна из основных особенностей этого понятия состоит в том, что об объекте, находящемся в запутанном состоянии, невозможно получить никакой информации.
Квантовая теория способна описывать как переходы объекта из состояния с меньшей плотностью энергии в более плотное состояние, так и обратный процесс – переход в менее плотное энергетическое состояние.
При измерении квантовой информации происходит переход квантовой системы в одно из чистых (строго определенных) состояний, однако на измерение обязательно затрачивается энергия. Обратный процесс перехода из чистого состояния в смешанное приводит к переходу из состояния с низкой энергией в состояние с более высокой энергией.
Возможно даже разделить информацию одной частицы на две части, к примеру, информацию о вертикальной и горизонтальной поляризации фотона, в результате получив из одного фотона целых два (эффект спонтанного параметрического рассеяния).
В качестве примера рассмотрим состояние двух квантово запутанных атомов А и Б.
Алиса (частица А) по классическому каналу связи передаёт Бобу (частице Б) информацию о том, что ему нужно извлечь энергию из вакуума.
Поскольку близлежащие точки в квантовом вакууме являются квантово запутанными, а состояние Алисы и Боба коррелирует друг с другом, то Алиса способна измерить “своё” локальное поле в физическом вакууме и использовать результаты этих вычислений, чтобы получить информацию о локальном поле Боба. Затем, если эта информация будет послана Бобу по классическому каналу связи, он сможет использовать её для разработки стратегии извлечения энергии из своего локального поля. При этом энергия, которую он добудет из вакуума, всегда будет меньше той, которую Алиса потратила на проведение первоначальных измерений. То есть закон сохранения энергии не нарушается, а Алиса может “телепортировать” энергию Бобу в форме данных, которые затем позволят ему извлекать энергию из вакуума.
Однако степень квантовой запутанности между локальными полями Боба и Алисы быстро снижается с ростом дистанции между ними, из-за чего КПД падает пропорционально шестой степени от расстояния. Но есть обходной путь решения этой проблемы - сжатые вакуумные состояния
пардон, не на картинка
Здесь пригодится квантовый эффект Холла, возникающий в тонких пластинах полупроводников, на которые воздействуют сильным магнитным полем. Тогда электроны в них текут беспрепятственно в одном направлении вдоль края такого двумерного полупроводникового листа (топологический сверхпроводник), что позволяет получить канал квантовой корреляции, где имеет место квантовая запутанность.
Ссылка на публикацию работы под руководством Масахиро Хотта https://arxiv.org/abs/1305.3955
Безусловно, передача квантовых состояний через топологические сверхпроводники пригодится для дальнейших исследований эффекта.
С другой стороны, все еще очень далеко от ожиданий передачи значительных объемов энергии через межпланетный оптический канал квантовой связи. Но подобные сжатые состояния наблюдаются также в многочисленных экспериментах по двухволновому смешению на фемтосекундных лазерах.
Сжатое по фазе состояние света позволит увеличить соотношение сигнал/шум в оптических каналах квантовой связи, поскольку при прохождении через вещество (например, дефекты в оптоволокне или космическая пыль), проходящая волна утрачивает часть своей энергии на различные процессы, и амплитуда электрической составляющей уменьшается. В то же время, волновой вектор, направление которого перпендикулярно фазовому фронту бегущей волны, сохранит линейную поляризацию, позволяя сохранить запутанность, а значит и не потерять КПД процесса, если не будет полной потери фотона.
Но возможно ли использовать лишь фазу света для передачи информации?
Теоретическую реализацию подобного протокола впервые выдвинул ученый из Саудовской Аравии Хатим Салих, выпускник Кембриджского университета.
А реализовали на практике эту схему ученые Научно-технического университета Китая, которым удалось передать картинку, впервые достигнув прямой контрфактической передачи данных без перемещения энергии частиц. Для передачи информации не использовалась передача энергии фотонов посредством изменения амплитуды, использовалась лишь информация, закодированная в фазе колебаний волны. Для этого использовали квантовый эффект Зенона и метод непрямого измерения квантового состояния.
https://phys.org/news/2017-05-counterfactual-quantum.html
Пока эти эксперименты идут на переднем крае науки, предстоит еще немало теоретической и практической работы, прежде чем мы научимся использовать их для создания квантовых каналов с высокой степенью когеренции без значительных энергетических потерь при увеличении расстояния.
Передача энергии – не единственная потенциальная область применения энергии вакуума при достаточном технологическом развитии цивилизации. Стоит еще раз упомянуть Масахиро Хотта, который также показывает теоретическую возможность использования контролируемого процесса Хокинга для получения энергии из черных дыр вблизи горизонта событий.
В отличие от спонтанного процесса излучения Хокинга, который происходит сам по себе, и на него нельзя повлиять искусственно, возможно собирать энергию, проводя квантовую операцию после квантового измерения флуктуаций полей за пределами горизонта событий. Временной промежуток телепортации квантовой энергии в контролируемом процессе Хокинга значительно меньше, чем классический процесс излучения Хокинга. Ключевой момент, благодаря которому это принципиально возможно – корреляции между флуктуациями локальных полей в различных точках основного (нулевого) состояния. С теоретическими расчетами можно ознакомиться здесь:
Показать полностью
5
Энергия вакуума
Современные научные знания о физическом вакууме отличаются от традиционных представлений как об абсолютно пустом пространстве, где нет ничего. Сейчас мы уже знаем, что вакуум – очень непростая вещь: в нем есть поля, которые способны взаимодействовать с внешним полем, а также в этих полях происходят спонтанные процессы даже без приложения внешней силы, называемые флуктуациями. Данные флуктуации приводят появлению парных квантов полей (частица-античастица), которые принято называть виртуальными частицами, поскольку эти процессы происходят практически незаметно для нас. По крайней мере, обыватель еще не привык связывать известные наблюдаемые явления в макромире с этими процессами в вакууме.
Совсем иначе обстоят дела с элементарными частицами в масштабах Комптоновской длины волны. Для электрон-позитронных пар это немногим больше 2,42*10-12 м, а для других частиц еще меньшие порядки. Вакуум буквально “кипит” абсолютно непредсказуемым образом, это явление связано постоянно с растущей энтропией вселенной и выводится из формулы неопределенности Гейзенберга.
Возможно рассчитать энергию подобных колебаний, которые называют нулевыми колебаниями. Энергия вакуума – наименьшая возможная, однако она не является нулевой. На космологическом уровне влияние этой энергии проявляется в равномерном отталкивании реальных (не виртуальных) частиц во все стороны, что проявляется в виде инфляции Вселенной. Частицы, расположенные на достаточно близком расстоянии друг от друга, компенсируют влияние отталкивания благодаря действию полей: сильному, слабому, электромагнитному, гравитационному, возможно другим неизвестным нам полям и эффектам их взаимодействия. Поэтому атомы не распадаются, не теряют электроны и т.д. Правда, это лишь одна из теорий, объясняющих инфляцию, возможно для объяснения этого эффекта справедлива другая теория, либо имеет место проявление дуализма теорий, которые объясняют одно и то же явление по-разному лишь потому, что являются частными случаями более общей теории.
Нас же интересует, существует ли способ практического использования взаимодействия с энергией вакуума. Прежде всего, нужно понять, что на практике всегда используются не сами физические законы, а их эффекты, проявления в нашем мире.
В данный момент существует несколько известных науке физических эффектов, объясняемых взаимодействием с энергией вакуума:
Эффект Казимира, проявляющийся во взаимном притяжении незаряженных тел, расположенных на определенных резонансных длинах (целое или полуцелое число раз укладывающихся между поверхностями)
Эффекты рождения виртуальных частиц на космологическом уровне (в масштабах вселенной) проявляется в виде отталкивания. Однако, благодаря возможности наложения волн друг на друга (явлению интерференции), в определенных условиях это отталкивание может проявлять себя во взаимном притяжении реальных частиц друг к другу, либо наоборот, их отталкивании. В качестве иллюстрации эффекта Казимира обычно приводят взаимное притяжение двух близкорасположенных кораблей в море, а также образовании мусорных островов.
Эффект Казимира также ответственен за теплообмен в вакууме без излучения за счет обмена кинетической энергией с виртуальными частицами на расстоянии до нескольких сотен нанометров, что является огромным расстоянием для квантового микромира. Подобный "крик" через вакуум хоть и возможен, но затихает очень быстро, обратно пропорционально шестой степени от расстояния.
Лэмбовский сдвиг, проявляющийся в небольших отклонениях расщеплении спектральных линий атома. Взаимодействие электрона с виртуальными частицами изменяет силу кулоновской связи электрона с ядром атома, что вызывает разницу в энергии переходов с одного квантового уровня на другой, вопреки предсказаниям классической релятивистской квантовой механики утверждающей, что энергии состояния с одинаковым главным квантовым числом и одинаковым квантовым числом полного углового момента импульса должны совпадать.
Спонтанное излучение. Ответственно за большую часть света, который мы видим вокруг нас. Столь привычное для нас испускание фотона при переходе квантово-механической системы из состояния с более высокой энергией в состояние с более низкой (из возбужденного состояния в стабильное) также объясняется взаимодействием атома с нулевыми колебаниями электромагнитного поля в вакууме.
Излучение Хокинга. Возникает при взаимодействии гравитационного поля на горизонте событий черной дыры со всеми другими известными науке полями. Виртуальные частицы, которые образуются в данном явлении, становятся вполне реальными, поскольку их парная античастица уходит за горизонт событий, с которой они не могут аннигилировать. Безмассовые частицы, передвигающиеся со скоростью света, способны преодолеть поле тяготение черной дыры, и становятся частью излучения Хокинга. Это излучение поляризуется гравитонами, испускаемыми черной дырой, и несет в себе информацию, которой обладает падающая в черную дыру реальная материя. Излучение Хокинга также ответственно за “испарение” черных дыр, их время жизни становится конечным, хоть и на очень длительных временных промежутках. Роль сверхмассивных черных дыр в эволюции вселенной огромна – это А) настоящие фабрики по расщеплению вакуума Б) накапливают в себе все возрастающую энтропию вселенной, до тех пор, пока есть падающее на них вещество В) преобразуют все виды энергии других полей в энергию гравитационного поля, удерживающее вещество и управляющее механизмом звездообразования в галактиках.
Показать полностью
2
Объяснение парадокса Хокинга о чёрных дырах
Сегодня один из главнейших парадоксов во Вселенной, парадокс исчезновения информации в чёрной дыре, грозится подорвать такие сферы, как общая теория относительности и квантовая механика. Каждое тело во Вселенной состоит из частиц с присущими им квантовыми свойствами, и даже если тело уничтожить, квантовая информация никогда полностью не исчезнет. Но что произойдёт с информацией, когда тело окажется в чёрной дыре? Попытаемся разобраться!
Показать полностью