Удивительно, насколько сильно наше понимание Вселенной продвинулось и поменялось с начала XX века. В 1900-х годах физики только начинали раскрывать квантовую природу реальности, ещё не вышли за пределы ньютоновского понимания гравитации и не подозревали о таких астрономических объектах, как чёрные дыры. К 1970-м космологи уже представляли себе Вселенную, управляемую принципами Общей теории относительности, начавшую своё существование с Большого взрыва, заполненную галактиками, звёздами и их останками, а также её квантовую природу, удивительно точно описываемую Стандартной моделью.
А в 1974 году Стивен Хокинг опубликовал революционную научную работу, из которой следовало, что чёрные дыры не будут существовать вечно — они должны испаряться в результате процесса, которому присущи как квантовые, так и релятивистские характеристики. Сегодня мы называем его излучением Хокинга. Но как конкретно оно работает? К сожалению, даже в книжке самого Хокинга, «Краткая история времени» (в целом интересной) даётся неверное популярное объяснение этого эффекта.
Начнём сначала — с того, как образуется чёрная дыра. В чёрную дыру может схлопнуться большое облако газа или чрезвычайно большая звезда. Также плотное небесное тело — например, бывшая звезда — может поглотить достаточно массы в результате аккреции. Как вариант, чёрная дыра может появиться после слияния двух нейтронных звёзд. В общем, как только в достаточно маленьком объёме соберётся достаточно много массы, у этого объекта появится горизонт событий. Оказавшись на его поверхности и внутри него, никакой сигнал уже не сможет вырваться наружу, даже если будет двигаться с максимально допустимой скоростью — скоростью света.
Всё, что попадёт внутрь горизонта событий, неизбежно притянется к центральной сингулярности. У любого объекта снаружи, если у него будет достаточно энергии и скорости, направленной в нужную сторону, будет возможность вырваться из гравитационного колодца. Это верно для всех реальных частиц — фотонов, электронов, протонов и т. п. Однако по всей квантовой Вселенной существуют квантовые поля, в том числе есть они и на границе горизонта событий. Одна из распространённых визуализаций происходящего рисует нам спонтанное появление пар частица-античастица, происходящее благодаря неопределённости пары энергии-времени. Эти пары появляются на чрезвычайно короткие промежутки времени.
Флуктуации квантовых полей реальны и происходят даже в отсутствии поблизости других, «настоящих» частиц. В контексте квантовой теории поля состояние квантового поля с минимальной энергией соответствует отсутствию частиц. Возбуждённые состояния с более высокой энергией соответствуют наличию частиц или античастиц. Принято демонстрировать это так, что пустое пространство заполнено парами частица-античастица (чтобы соответствовать законам сохранения), которые то появляются на короткое время, то снова исчезают в вакууме.
Именно отсюда появилось распространённое и неверное представление об испарении чёрных дыр. Хокинг утверждает, что подобные пары появляются повсюду. Если они появляются внутри чёрной дыры, они просто аннигилируют, и ничего не происходит. Если они появляются вдалеке от чёрной дыры, происходит то же самое. Но если они появляются вблизи горизонта событий, одна из частиц может упасть в чёрную дыру, а другая — избежать этой участи и унести с собой реальную энергию. На этом основании он утверждает, что чёрные дыры теряют массу, распадаются и порождают излучение Хокинга.
Если бы это было действительно так, тогда излучение Хокинга состояло бы на 50% из частиц и на 50% из античастиц, поскольку кто из частиц упадёт в чёрную дыру, а кто нет, определяет случай. Кроме того, всё излучение Хокинга исходило бы от горизонта событий, а у каждого кванта, излучённого чёрной дырой, должно было бы быть огромное количество энергии – ему ведь пришлось бы убегать почти с самого горизонта событий.
Забавно, но все эти предположения на самом деле неверны. Излучение Хокинга состоит в основном из фотонов, а не смеси частиц и античастиц. Происходит оно из большого участка, расположенного вне горизонта событий, с радиусом в 10-20 раз больше, чем у горизонта событий. При этом у излучённых квантов кинетические энергии различаются всего на несколько порядков, и не такие уж и большие.
Почему Хокинг решил дать такую ущербную и неправильную аналогию — этот секрет он унёс с собой в могилу. Выбор довольно странный, учитывая, что такое объяснение не имеет ничего общего с правильным, данным им в его научных работах. Из неправильного пояснения вытекают неправильные частицы, неправильный энергетический спектр и неправильный источник. Что ещё хуже, целые поколения обывателей и физиков неправильно представляют себе процесс излучения. Жаль — хотя реальная научная история и посложнее, зато расставляет всё по местам.
В пустом пространстве действительно есть квантовые поля, и у них правда есть флуктуации уровней энергии. В аналогии с появлением пар частица-античастица есть толика правды — в квантовой теории поля можно моделировать энергию пустого пространства при помощи диаграмм, в которых учитывается появление подобных частиц. Однако это просто вычислительный метод — эти частицы не настоящие, а виртуальные. Они не появляются на самом деле, не взаимодействуют с реальными частицами, и их никак нельзя обнаружить.
Одни и те же законы физики, описываемые одними и теми же уравнениями и фундаментальными константами, действуют во всех точках пространства во все моменты времени по всей Вселенной. Поэтому для любого наблюдателя энергия пустого пространства, возникающая из этих квантовых полей, или, как её ещё называют, энергия нулевой точки или просто нулевая энергия, будет одинаковой. Однако, согласно теории относительности разные наблюдатели могут по-разному воспринимать реальность, если они будут двигаться друг относительно друга или находиться в местах пространства с разной кривизной пространства-времени.
Если вы находитесь бесконечно далеко от любой массы во Вселенной, не двигаетесь с ускорением и кривизной пространства-времени в вашей точке можно пренебречь, вы получите нулевую энергию. Если наблюдатель находится вблизи горизонта событий чёрной дыры в свободном падении, он тоже сможет измерить значение нулевой энергии. Если вы сравните ваши измерения, окажется, что значения получаются разные. В двух этих местах нулевая энергия будет отличаться, и всё будет зависеть от разницы в кривизне пространства-времени.
Именно на этом основан феномен излучения Хокинга и процесс его вычисления. Обычно вычисления в рамках квантовой теории поля проводят в предположении о плоском пространстве, и чаще всего это приближение работает, но только не вблизи горизонта событий чёрной дыры. Стивен Хокинг это знал, и поэтому в 1974 году впервые вывел формулу для излучения именно так — подсчитав разницу между нулевой энергией квантового поля в искривлённом пространстве вблизи чёрной дыры и нулевой энергией бесконечно далёкой точки плоского пространства.
Результаты этих вычислений позволяют определить свойства излучения, исходящего от чёрной дыры:
- Излучение появляется не только на самом горизонте событий, но и во всём искривлённом пространстве вокруг него.
- Температура излучения зависит от массы чёрной дыры — чем больше масса, тем меньше температура.
- Вычисления предсказывают, что спектр излучения будет как у абсолютно чёрного тела, из чего можно сделать выводы об энергетическом распределении у фотонов. Если же у них будет достаточно энергии, могут возникать и массивные частицы с античастицами.
Особенно часто упускают первый пункт — что излучение Хокинга появляется не только на самом горизонте событий, но и на большом участке, окружающем чёрную дыру, на котором кривизна пространства выражена достаточно сильно. Поэтому, хотя на большинстве пояснительных иллюстраций показывается, что 100% излучения Хокинга от чёрной дыры появляется на самом горизонте событий, точнее будет изобразить его появление в объёме радиусом в 10-20 радиусов Шварцшильда, где по мере удаления от центра чёрной дыры излучение появляется всё реже и реже.
Что интересно, подобное излучение возникает везде, где есть некий горизонт — это не обязательно должен быть горизонт событий чёрной дыры. У Вселенной, к примеру, есть космологический горизонт — максимальное расстояние, с которого можно получить информацию. Оно существует из-за расширения Вселенной. Из-за наличия и свойств тёмной энергии с точки зрения неподвижного наблюдателя вблизи этого горизонта будет постоянно идти тепловое излучение. А значит, в любой момент будущего Вселенная будет заполнена крохотным количеством излучения абсолютно чёрного тела температурой до 10-30 К.
Проблема чрезмерно упрощённого объяснения от Хокинга со спонтанным появлением пар частиц-античастиц состоит в том, что он слил воедино удобный вычислительный инструмент и то, что на самом деле происходит в физической реальности. Излучение вблизи чёрной дыры действительно есть, а пар частица-античастица, извлекаемых из пустоты вакуума, там нет. Никакие виртуальные частицы или античастицы с отрицательной энергией не падают в чёрную дыру; и вообще никаких реальных массивных частиц в рамках излучения Хокинга не появляется до тех пор, пока чёрная дыра почти полностью не испарится и энергия излучения не повысится до достаточно большого уровня. А когда это произойдёт, частицы и античастицы будут появляться в равных количествах, в соответствии с законами физики, не отдающих предпочтения тому или иному знаку.
На самом деле искривлённое пространство, окружающее чёрную дыру, постоянно порождает излучение благодаря градиенту кривизны, а источником энергии для этого процесса служит сама чёрная дыра. В результате горизонт событий чёрной дыры со временем постепенно сжимается, увеличивая в процессе температуру излучения Хокинга.
Получается, чёрные дыры усыхают не потому, что в них падают виртуальные частицы, переносящие отрицательную энергию — это ещё одна фантазия, поддерживающая неверную аналогию. Чёрные дыры испаряются и теряют массу потому, что уходящая вместе с излучением Хокинга энергия медленно уменьшает кривизну пространства вокруг чёрной дыры. Когда пройдёт достаточно времени — от 1068 до 10103 лет в случае чёрной дыры реалистичной массы — излучение Хокинга приведёт к их полному испарению.
Так что пространство-время действительно сильно искривлено на границе горизонта событий чёрной дыры. И принцип квантовой неопределённости действительно играет важную роль в существовании Вселенной. Но излучение Хокинга — это не испускание частиц и античастиц с горизонта событий. Никакие частицы из пар частица-античастица не падают в чёрную дыру, неся с собою отрицательную энергию. И это излучение не является эксклюзивной характеристикой только чёрных дыр. Хокинг знал обо всём этом, но почему-то выбрал другое объяснение, и теперь нам приходится жить с последствиями его решения. Тем не менее, физика в любом случае получается такой, какая есть, и пытается отражать реальность максимально точно.
Комментарии (57)
ildarz
23.12.2022 14:01+10По-моему, вы всё "объяснили" так, что стало вообще ничего непонятно.
Если бы это было действительно так, тогда излучение Хокинга состояло бы на 50% из частиц и на 50% из античастиц
Очевидно, что априори это неверно. Как минимум, пары частица/античастица могут аннигилировать. А с учетом того, что излучение Хокинга не наблюдали, опровергать какие-либо предположения о его составе стоило бы с большей осторожностью.
Кроме того, всё излучение Хокинга исходило бы от горизонта событий
Тоже неверно, см. эффект Унру.
Излучение Хокинга состоит в основном из фотонов, а не смеси частиц и античастиц.
Откуда дровишки? То описание излучения, которое вы даете как правильное, вообще ничего не говорит о том, как конкретно излучение образуется и из чего состоит. Там просто показывается, что в силу разницы энергий оно должно быть, и точка.
получается, чёрные дыры усыхают не потому, что в них падают виртуальные частицы, переносящие отрицательную энергию — это ещё одна фантазия
Это не фантазия, это одна из гипотез конкретного механизма образования частиц этого самого излучения.
Myclass
23.12.2022 14:05Одна из распространённых визуализаций происходящего рисует нам спонтанное появление пар частица-античастица,
визуализировать можно всё что угодно. От этого это не становится правильным.
lxnvr
23.12.2022 14:10+2Так фотоны-то откуда ? Так и не раскрыли :(
ru_vds Автор
23.12.2022 14:42-2Здравствуйте! К сожалению, в работе применяется слишком сложный математический аппарат, который не получится объяснить научно-популярно.
ildarz
23.12.2022 15:39+7Печально, если так, но ссылку-то на работу, где а) доказано, что излучение обязано состоять "в основном из фотонов, а не смеси частиц и античастиц" , и б) показывается конкретный механизм излучения этих фотонов (не расчет спектра для возможного излучения безмассовых частиц, а вот именно механизм образования частиц излучения) вы дать можете?
MishaRash
25.12.2022 16:20+1Да, таких подкрепляющих материалов как-то не находится.
В самой первой работе Хокинг выводит излучение для безмассовой эрмитовой скалярной частицы примерно из таких соображений: поле можно разложить как сумму асимптотически входящих волн с положительной частотой на прошлой светоподобной бесконечности (с эрмитово сопряжёнными), или как сумму падающих под горизонт волн с асимптотически выходящими с положительной частотой. Дальше он считает количество асимптотически выходящих волн в вакууме (состоянии без асимптотически входящих) и говорит, что получится не ноль, потому что в выходящей с положительной частотой волне будет входящая с отрицательной частотой компонента из-за "временной зависимости метрики при коллапсе".
В следующей публикации Хокинг приводит "интуитивное объяснение", похожее на популярное: возле горизонта создаётся пара частиц, одна с положительной, другая с отрицательной энергией. Но это классически запрещено во внешнем пространстве, поэтому частице нужно туннелировать под горизонт. (Тут подчёркивается необходимость горизонта - потенциальная яма белого карлика или нейтронной звезды недостаточно глубока для получения отрицательной полной энергии.) Он также приводит аналогию с электрическим потенциальным барьером, где туннелирование не нужно, если создаётся заряженная (противоположно) пара, поэтому эффективность намного выше.
DrSmile
23.12.2022 20:04Просто античастица фотона — это тоже фотон. Рождается пара фотонов, один из них падает в дыру, а второй улетает, все согласно напальцевому объяснению Хокинга. На самом деле, с уменьшением размера дыры и повышением ее температуры, позитроны и электроны (а потом и более тяжелые частицы) тоже начинают лететь.
Если уж искать неточности в этом объяснении, то я вижу основную проблему в слове «рождение», ибо под этим обычно подразумевают трехлучевую диаграмму, например фотон → электрон + позитрон. В случае излучения Хокинга никакой третьей частицы нет, это, скорее, траектория одного электрона (или фотона) так искривилась в гравитационном поле, что оба ее конца стали указывать в будущее.
А по поводу «настоящих» и виртуальных частиц — фишка в том, что реальные частицы — это абстракция вроде «материальной точки», их, в принципе, не существуют. Все частицы являются виртуальными в той или иной степени.
QValder
23.12.2022 14:10+2эти частицы не настоящие, а виртуальные. Они не появляются на самом деле, не взаимодействуют с реальными частицами, и их никак нельзя обнаружить.
Чем в таком случае объяснить эффект Казимира, что воздействует на пластины?ru_vds Автор
23.12.2022 14:44Здравствуйте! По сути никто точно не знает, как он работает. Известно, что он есть и его можно подсчитать.
QValder
23.12.2022 15:43Предположение что виртуальные частицы могут взаимодействовать с реальными как раз позволяют создать математическую модель эффекта, согласующуюся с экспериментами. Сомневаюсь, что открыт какой-нибудь эффект, для объяснения которого необходимо признание виртуальных частиц "не настоящими".
Tarakanator
23.12.2022 16:43Я предположу такой эффект.
Скорость света в ваккуме=предельной скорости распространения информации.
Если бы виртуальные частицы были реальными, то они снижали бы скорость света в вакууме и он был бы меньше предельной скорости распространения информации.
CaptainFlint
23.12.2022 16:59+1Я слышал, что именно это и должно происходить. Эффект, конечно, совершенно микроскопический, но что реальная скорость света в пустом вакууме на какие-то доли меньше абсолютной величины c. И что в вакууме Казимира скорость светового луча будет чуть выше — ближе к этому абсолюту c. Разумеется, проверить на практике это нереально, отличия там на многие и многие порядки ниже пределов погрешностей наших технологий.
Tarakanator
23.12.2022 18:59На интуитивном уровне мне кажется что эффект не микроскопический. Ведь эффект казимира не микроскопический.
А равенство скорости распространения света и гравитации замерили очень точно.CaptainFlint
23.12.2022 20:36+2Вычисления, сделанные Шарнхорстом, говорят о превышении скорости света в вакууме Казимира по сравнению с обычным вакуумом на 10−22 % для щели шириной 1 нм.
С распространением гравитационных волн всё ещё сложнее, так как для них пока нет вообще никакой теории, позволяющей связать их с квантовыми полями. Может оказаться, что в теории квантовой гравитации гравитоны точно так же будут взаимодействовать с флуктуациями остальных полей в вакууме и замедляться на какую-то микроскопическую величину, которую мы не в состоянии замерить.
kauri_39
23.12.2022 23:14Странно: в вакууме Казимира с меньшей плотностью энергии насчитывают чуть большую скорость света, а в гравитационном поле у Земли, где плотность вакуума тоже меньше, скорость света, наоборот, чуть меньше, согласно замедлению времени.
Vytian
23.12.2022 14:10+4Почему-почему Хокинг приплел "кипящий вакуум"... Потому что нулевая энергия ничего не проясняет, так как сама совершенно не понятна не то что обывателю, а даже и большинству физиков вне парадигмы "shut up and calculate".
Ну вот написали, что нулевая энергия вакуума при разном притяжении разная, и-и-и... что? Кто фотоны-то излучает? Те самые пары частица-античастица? Или
мимокрокодилытретьи тела, пролетающие вне сферы Шварцшильда, излучают "неправильно", и это "просто" графитационная поправка в любой гамильтониан?Всё же подход Хокинга -- с наглядным, хотя и неуниверсальным примером, отражающим некоторые стороны процесса, -- по моему мнению гораздо более продуктивен, чем никому не понятные сепульки,
хотя на самом деле кроме сепулек ничего и нет в реальности.
sanalex76
23.12.2022 18:20Тут такой вопрос возник: когда говорят что за определенное время (очень большое) черная дыра полностью испарится, предполагают, что она будет существовать в виде черной дыры до самого своего конца. А не может ли быть так, что начиная с какого-то момента ее массы будет недостаточно для ее существования в виде черной дыры, то есть не возможен ли процесс превращения черной дыры во что-то другое, какую-то звезду, например?
Milliard
23.12.2022 20:50+1Масса черной дыры пропорциональна радиусу горизонта событий. При испарении масса и радиус пропорционально уменьшаются. Этой зависимости ничто не мешает пока масса дыры не станет порядка массы Планка. А что будет при её достижении пока никому не известно.
CaptainFlint
23.12.2022 22:41Это зависит от внутреннего строения ЧД, о котором мы ничего не знаем. Маловероятно, что там реально та самая точка нулевого размера и бесконечной плотности, которую дают уравнения, или даже планковского размера. Есть предположения, что там какой-то комок сверхплотной кварковой материи. И раз у него ненулевой размер, то в какой-то момент горизонт может уменьшиться настолько, что всё вещество перестанет там умещаться, и чёрная дыра перестанет быть чёрной дырой.
sanalex76
24.12.2022 01:13+1Вот и я об этом же. Есть какие-то предположения во что она может превратится?
CaptainFlint
24.12.2022 02:44Ни малейших. Может быть, раздуется до обычной нейтронной звезды, если остаточной массы хватит. А может, рванёт.
nickolas059
23.12.2022 19:28Правильно ли я понимаю,мчто искривление пространства выражается в удлинении пути частицы?
Milliard
23.12.2022 21:15+4Поэтому, хотя на большинстве пояснительных иллюстраций показывается, что 100% излучения Хокинга от чёрной дыры появляется на самом горизонте событий, точнее будет изобразить его появление в объёме радиусом в 10-20 радиусов Шварцшильда, где по мере удаления от центра чёрной дыры излучение появляется всё реже и реже.
Имеется в виду, что излучение возникает не где-то на расстоянии 10-20 радиусов от черной дыры. Наиболее вероятная длина волны излучения Хокинга равна радиусу Шварцшильда (с точностью до коэффициента). Соответственно, частицу невозможно четко локализовать на горизонте. Грубо говоря, она возникает разом в некоторой окрестности черной дыры.
shiru8bit
23.12.2022 22:06+2Удивительно, насколько сильно наше понимание Вселенной продвинулось и поменялось с начала XX века.
А меня удивляет не только это, но и то, насколько нынешние представления через призму научпопа представляются истиной. Сейчас каждый школьник не задумываясь ответит про устройство мира, что вот есть Вселенная, есть чёрные дыры, в начале был Большой взрыв, в конце будет или-или, и всему отмеряно столько-то миллиардов. Ну а если не школьник, а студент или учёный, то он будет с уверенность оперировать множеством параметров и делать выводы об объектах, о которых сто лет назад не было никаких представлений и которые всё ещё никогда не наблюдались непосредственно. Вот, например, про верность и неверность представлений Хокинга об испарении чёрных дыр и про то, как 'на самом деле'. И если высказать сомнения в достоверности настолько глубокого понимания устройства мира, большинство скажет - да ты что, глупый что ли? Такая научная вера, заменившая веру религиозную, но примерно с таким же слепым фанатизмом.
Я не сомневаюсь, конечно, в успехах науки и технического прогресса. Но как-то подозреваю, что ещё через сто лет тоже будут говорить о том, насколько продвинулось и поменялось наше понимание Вселенной, не то, что в те (наши) дремучие времена. И потому как-то коробит подобный тон вроде бы научных статей.
bbs12
24.12.2022 10:23+3Такая научная вера, заменившая веру религиозную, но примерно с таким же слепым фанатизмом.
Такая вера НАМНОГО лучше, т.к. мировое научное сообщество - это на данный момент самый честный институт из всех, которые когда-либо были созданы человечеством. Оно не идеально, но там существуют рабочие механизмы поиска и устранения ошибок и фальсификаций, в отличие от какого-нибудь католицизма или религии амишей.
У человеческого мозга пока что очень ограниченные ресурсы и ему приходится так или иначе опираться на какие-то авторитеты. Не получится стать экспертом по всем наукам. И пусть лучше люди верят и опираются на мировую науку, даже если они в реале не понимают о чем там говорят ученые.
Didimus
24.12.2022 10:07Где-то тут же я недавно читал, что черная дыра размером с апельсин, на окраинах солнечной системы, испустит в среднем 1 фотон Хокинга за время жизни Солнца. То есть, чтобы излучение можно было реально наблюдать, нужна очень массивная ч.д., так?
CaptainFlint
24.12.2022 14:16+2Наоборот. Чем массивнее ЧД, тем меньше кривизна в районе горизонта событий, тем слабее излучение. Именно поэтому мы пока не имеем шансов зарегистрировать такое излучение, что все известные нам ЧД имеют как минимум звёздные массы. Даже поглощение одного только реликтового излучения даёт больший прирост массы, чем потери за счёт излучения Хокинга.
2gusia
24.12.2022 14:24+1Температура излучения обратно пропорциональна массе чд. Чем масса больше - тем излучение холоднее и несет меньше энергии. Так что скорее чд нужна как можно менее массивная
CaptainFlint
24.12.2022 14:50+1Причём суммарная энергия излучения пропорциональна четвёртой степени температуры. То есть с ростом массы количество излучения не просто падает, а падает очень сильно.
IvanPetrof
24.12.2022 12:15+3Честно говоря, после прочтения статьи, у меня появилось стойкое ощущение, что это написал chatGPT. Я даже попробовал сам сформулировать нечто подобное типа "напиши научнопопулярную статью, опровергающую общепринятый механизм образования излучения Хокинга". С первой попытки, конечно, полноценной статьи не получилось, но я уверен, если дать ему пару поправок, можно нагенерить много похожего контента.
dmitryvolochaev
24.12.2022 16:45+1это просто вычислительный метод
То, что земля вращается вокруг солнца, по началу тоже считали лишь вычислительным методом
MishaRash
25.12.2022 16:51+1То, что земля вращается вокруг солнца, по началу тоже считали лишь вычислительным методом
Во-первых, всё относительно, и Солнце тоже уже давно не центр мира. Тем не менее, осознание того, что не всё крутится вокруг нас, было очень ценным и обобщено в принцип Коперника.
Во-вторых, практическое преимущество гелиоцентрической системы было сомнительным до Браге и Кеплера - то есть почти целое столетие после её формулировки Коперником. Геоцентрическая достаточно хорошо справлялась с объяснением наблюдений с помощью эпициклов. Но конструкция была громоздкой и противоречила античной идеологии, по которой планетам полагалось двигаться по кругам равномерно. Смена перспективы объяснила попятные движения (со сменой направления с точки зрения земного наблюдателя), но неравномерности вращений остались и описывались по-прежнему эпициклами вплоть до формулировки законов Кеплера.
avshkol
24.12.2022 21:05Я бы предложил модифицировать объяснение Хокинга.
Мы имеем точку пространства с очень большой кривизной в окрестностях чёрной дыры. В ней изначально энергия и масса равны нулю.
Из-за кривизны возникает излучение, то есть энергия. Но поскольку сумма в точке пространства равна нулю, то для ее компенсации возникает отрицательная масса. Отрицательная масса притягивается ЧД, и уменьшает массу ЧД.
kauri_39
25.12.2022 13:23Как Вы относитесь к опытам израильского физика Штейнхауэра, который создал аналог гравитационного поля чёрной дыры в виде ускоренного потока переохлаждённых атомов рубидия? В этом потоке аналогом излучения Хокинга были звуковые квазичастицы - фононы.
И ещё вопрос: что тормозит физиков в переходе от понятия пространства-времени к понятию физического вакуума для объяснения гравитационного поля? От искривления стационарной метрики гравполя к расширению и ускоренному движению вакуума из космоса в материю? Сложно описать этот процесс языком математики? Но Штейнхауэр, наверное, как-то делал это в своей модели гравполя чёрной дыры...
MishaRash
25.12.2022 15:33Работы с аналогами чёрных дыр очень интересные, и они не ограничены одним Штейнхауэром - см. https://arxiv.org/abs/gr-qc/0002015, https://arxiv.org/abs/1808.09244, https://arxiv.org/abs/0711.4767, https://arxiv.org/abs/1008.1911. Однако не уверен, насколько точно в них воспроизводится конфигурация гравитационного поля возле чёрной дыры. Из описания методики Штейнхауэра ясно, что создаётся горизонт на переходе от дозвукового к сверхзвуковому потоку (в последнем случае механические волны уже не могут двигаться против течения). Также не похоже, что в этих работах перевыводят излучение Хокинга для чёрной дыры.
kauri_39
25.12.2022 17:05Спасибо за ссылки, я ранее читал о гидродинамической модели гравполя чёрной дыры. В ней аналог горизонта событий возникает при превышении скорости потока воды к "дыре" скорости поверхностных волн от "дыры". Конечно, конфигурация гравполя ЧД не воспроизводится полностью в гидромоделях и с конденсатом Бозе-Эйнштейна - в них нет закручивания пространства вокруг ЧД. Но в моделях фактически признаётся природа гравитации как следствия поглощения материей вакуума. Постоянное поглощение ведёт к снижению плотности вакуума в материи и вблизи неё, отчего происходит постоянное расширение вакуума из космоса, где его плотность выше, и его равноускоренное движение в сторону материи.
Поскольку такой поглотительный механизм гравитации начинает работать с фотонов, которые ликвидируют кванты вакуума, то он является единственно верной основой для создания теории квантовой гравитации. Я не понимаю, что тормозит проверку этой идеи силами научного сообщества. Лавры второго, пусть даже коллективного, Эйнштейна никого уже не привлекают? Тем более, что с прежнего направления поиска квантовой гравитации (с проваленой SUSY) уже освободилась часть математиков...
Vlafy2
25.12.2022 17:54-1Странная вещь получается. Всё, что попало за горизонт, не может вернуться. Но излучение есть и дыра "испаряется". Значит, всё-таки что-то может оттуда возвращаться.
А вообще, все эти теории очень слабые - можно придумать что угодно, потому что никто и никогда не сможет это проверить.
Fensfire
25.12.2022 18:06+16 лет пытаюсь понять, почему черные дыры излучают и сжимаются. Никак не мог понять, почему дыра сжимается, если в неё что -то попадает (наоборот же должна увеличиваться).
Теперь мне говорят, что все фигня и мол давай по новой - дыра сжимается и излучает, потому что градиент кривизны... Чта? Как мне это должно что то объяснить. Вместо градиента кривизны можно вставить любую фразу, например "потому что пёс сутулый", и понимание феномена не изменится.
CaptainFlint
25.12.2022 20:30Никто и не утверждал, что при поглощении вещества дыра будет сжиматься. Разумеется, это не так; она будет расти. Уменьшается она только в результате излучения Хокинга, так как это излучение уносит часть её массы-энергии (и только если за этот же период дыра не поглотила дополнительное количество вещества, которое компенсировало бы эту потерю).
дыра сжимается и излучает, потому что градиент кривизны… Чта? Как мне это должно что то объяснить. Вместо градиента кривизны можно вставить любую фразу, например «потому что пёс сутулый», и понимание феномена не изменится.
За этим эффектом стоят горы зубодробительных формул. Если хочется детального понимания, то придётся сначала досконально изучить эту область физики и разобраться в формулах. Без этого приходится результаты вычислений просто принимать на веру.
valemak
25.12.2022 22:02Тоже пока не понимаю механизм испарения чёрных дыр (но на слово верю Стивену Хокингу как родному). К сожалению, данная статья пока не сильно меня продвинула в понимании. Но уже хоть знаю, что это как-то связано с кривизной пространства в окрестностях горизонта событий, в результате чего при поглощении материи в космос испускается фотон, энергию которого компенсирует виртуальная отрицательная масса, попадающая в чёрную дыру. Ну, или что-то вроде того :-)
У меня такой вопрос, кто в теме, хоть как-то поясните.
В будущем выгорят все звёзды и настанет эпоха чёрных дыр. Эти чёрные дыры будут существовать сами по себе, но уже не будет извне материи которая бы в эти дыры могла падать. Но испарение чёрных дыр есть результат именно падения материи в чёрную дыру, насколько я понял само по себе это испарение не происходит.
Так почему же чёрные дыры всё-таки в конечном итоге через 10^103 лет испарятся?
UPD. Пока писал/редактировал комментарий, сам придумал возможный ответ. Хотя в эпоху чёрных дыр уже не будет материи, которая могла бы подпитывать чёрные дыры, из-за релятивистских эффектов для стороннего наблюдателя и через 10^103 лет эта материя до сих пор бы падала в чёрную дыру. Ну и при этом бы падении работал бы механизм излучения Хокинга.
homm
26.12.2022 01:28+2Что я узнал из статьи:
Объяснение Хоккинга неверное
Объяснение которое даёт Хоккинг не верно
Таким образом Хоккинг не даёт верного объяснения, хотя его расчеты верны
(и ещё примерно три раза то же самое, другими словами)Чего я не узнал из статьи:
Верного объяснения
mr_none
26.12.2022 07:58Вот тут, как мне кажется, - https://www.youtube.com/watch?v=isezfMo8kWQ&ab_channel=ScienceClicEnglish наиболее доступное объяснение излучения Хогинга для неспециалистов вроде меня
axe_chita
26.12.2022 08:14Чисто умозрительное предположение, а что если излучение Хогинга возникает только у низкооборотистых ЧД? Т.е. это излучение есть только у тех ЧД чья скорость вращения единицы оборотов в секунду.
Tarakanator
Есть ли излучение Хокинга у нейтронных звезд?
ru_vds Автор
Здравствуйте! У нейтронных звёзд излучения нет, так как нет горизонта событий.
Tarakanator
Т.е. достаточно сильной кривизны пространства недостаточно? Ещё должен быть горизон события рядом?
Просто исходя из вашего текста для излучения горизонт событий не нужен, нужна только достаточная кривизна пространства.
ksbes
Что-то явно не так с этим объяснением.
Какое-то пугающее дальнодействие получается: откуда данная точка искривлённого пространства «знает» о наличии или отсутствии рядом горизона событий?
Да и частичное нарушение принципа эквивалентности: т.е. экспериментатор в закрытой падающей кабине может понять, что он ускоряется силами гравитации (а не ракетными двигателям), причём именно чёрной дыры, а не иного объекта по наличию в пространстве кабины излучения.
Сдаётся мне что там что-то вроде «цепочки аннигиляций» виртуальных частиц, которая нарушается на горизонте событий и из-за этого дисбаланса некоторые виртуальные частицы в окрестности горизонта событий становятся реальными.
kuza2000
Плюсую, в статье тоже толком ничего не понял. Но:
Даже в закрытой падающей кабине экспериментатор может измерить градиент гравитационного поля и определить, что это не ракетный двигатель. Да и не только измерить, его им может и порвать вместе с кабиной, если черная дыра небольшая :)
gazkom
Вы с кабиной сначала разберитесь. В закрытой падающей кабине вы будете в невесомости. А в ракете, где включен двигатель, вас будем вжимать в кресло. Ничего изменять не надо.
kuza2000
Ну да, двигатель тут точно не к месту)
Но градиент будет. Получается, и невесомости не будет.
Интересно выходит, никогда об этом не задумывался. Получается, при падении в гравитационном поле и невесомости настоящей нет, так как есть градиент. Только для обычных тел (планет и звезд) он очень мал.
Tzimie
Речь идёт о ЛОКАЛЬНОЙ эквивалентности
me21
У ускоряющегося наблюдателя тоже появляется излучение и горизонт событий позади - эффект Унру.
ksbes
Но излучение — вещь инвариантная (невиртуальная частица либо есть, либо её нет — независимо от любых поворотов и искривлений). А так как во вселенной много чего куда-то где-то ускоряется — то получается это излучение должно быть везде?
me21
В том и смысл, что эффект Унру показывает относительность излучения.
lazer1064
Это неправильное утверждение, поправьте. Все строго наоборот - по мере снижения массы ЧД кривизна пространства в районе горизонта событий увеличивается, а не уменьшается. Это и является причиной увеличения энергии излучаемых квантов Хокинга. И это вполне логично и сочетается с классической физикой - чем выше градиент энергии чего-либо, тем большую энергию этот градиент может породить. Чем больше электрическое напряжение между электродами в электрической емкости, тем большей силы ток оно может породить при пробое. С излучением Хокинга все так же.