Изучение чёрных дыр. Часть 6 (последняя)
Что же произойдёт с квантовой теорией поля в случае амплификации.
Скорее всего сейчас опять будет забавная фраза, но для этого разберем эффект Казимира :)
Вы берете две незаряженные пластины и сажаете их близко друг к другу, параллельно, в вакууме. Оказывается нулевым колебаниям выгодней иметь меньший объём, поэтому между пластинами возникает притягивающая сила. Это сила называется силой Казимира, и она экспериментально измерена, но проявляется она на расстояниях меньше, чем 1 микрон (<10^-6 метра).
Если резко изменить положение пластин, то то что было пустотой между пластинами начнёт светить. Возникнут частицы, это не значит, что мы из ничего сделали что-то. Так как есть сила Казимира, то нам приходится совершать работу против неё, мы вкладываем энергию и создаются частицы. Закон сохранения энергии не должен нарушаться, эти частицы не из пустоты.
Причём здесь чёрные дыры? Коллапс чёрной дыры - это приблизительно то же самое. Как мы уже отметили ранее, на горизонте чёрной дыры поля себя ведут очень специфическим образом. То есть имеют определенные граничные условия. Эффект Казимира связан с граничными условиями этих полей. Когда происходит образование горизонта - это можно сравнить с тем, что мы резко меняем положение пластин.
Когда происходит коллапс - оболочка падает на горизонт, это сказывается на свойствах полей, и из горизонта пошло излучение, пошла амплификация. То, что было вакуумом, начало светить. Оттуда и взялось излучение Хокинга.
Для чего мы всё это узнали, и углублялись в эту картину. Во многих источниках по-разному описывают излучение чёрных дыр, но вычисления, подтверждающие другие картины, найти очень трудно, таких практически нет. А та картина, которую рассмотрели мы, лежит в основе вычислений излучения Хокинга.
В оставшееся место поста, наверно, стоит упомянуть как вообще были предсказаны чёрные дыры.
Представим, что вы бросаете камень. Он летит по параболе. Вы кидаете сильнее, он летит дальше, парабола больше и т.д.
В некоторый момент вы бросите камень с такой скоростью, что он будет летать вокруг Земли. Он будет свободно падать, но при этом падение не будет происходить. Если он в атмосфере, то он, конечно, трётся об воздух, теряет скорость и в конце концов упадет. Но если бросить камень достаточно высоко, за пределы атмосферы, то там это трение отсутствует.
Скорость, с которой нужно бросить камень, чтобы он так летал вокруг Земли, называется первая космическая. С такой скоростью летают спутники вокруг Земли. Вторая космическая скорость, скорость с которой нужно бросить этот камень, что бы он улетел от Земли.
Безусловно, первая и вторая космическая скорость зависит от размеров того объекта, с которого нужно улететь и от его массы. Лаплас задался таким вопросом: каковы должны быть размер и масса объекта, чтобы вторая космическая скорость была равна скорости света?
Существует формула, связывающая радиус этого тела и массу, при которой вторая космическая скорость превышает скорость света. Оказывается, что если сохранить неизменной массу земли и сжать её до нескольких миллиметров, то как раз вторая космическая скорость достигнет скорости света.
Именно так возник вопрос о чёрных дырах, во времена, когда люди ещё не знали ничего про ОТО.
После открытия ОТО, в начале 20-го века, было найдено решение уравнений ОТО Шварцшильдом. Он нашёл решение того, как ведет себя гравитационное поле в присутствии массивных объектов, которые имеют симметрию шара, или форму шара. Существенной составляющей этого решения было то, что если размер объекта был меньше размера, найденного Лапласом, то с этого объекта свет улететь не может. Это называлось Шварцшильдовская чёрная дыра, про это многое не было понятно. Потихонечку люди разбирались со свойствами этих объектов и так далее. Где-то в конце 60-х годов, в частности Пенроуз и Хокинг, разработали разные математические методы, при помощи которых исследовалась геометрия пространства-времени в присутствии чёрных дыр.
На этом закончим с этой темой. Следующая тема будет об астрономии в целом. Что это такое, и почему эта наука нам нужна?
Как всегда, спасибо за подписку и за плюсик :)