radiație Hawking - studopediya

Din moment ce mecanicii cuantice nu joacă nici un rol în teoria generală a relativității a lui Einstein, soluția Schwarzschild pentru găuri negre se bazează numai pe fizica clasică. Cu toate acestea ținând seama de materie și radiație - particule, cum ar fi fotoni, neutrini și electroni, care se pot transfera în masă, energie și entropia de la un loc la altul - necesită utilizarea mecanicii cuantice. Pentru a aprecia pe deplin natura găurilor negre și a înțelege modul în care acestea interacționează cu materia și radiații, este necesar să se extindă soluția Schwarzschild în regiunea cuantică. Nu este ușor. În ciuda realizărilor de teoria corzilor (precum și alte abordări, pe care nu le-am atinge, cum ar fi gravitatea bucla cuantice, teoria twistor de topos), suntem încă în nivelul inițial în încercările noastre de a reconcilia fizica cuantică și teoria gravitatiei. Iar în anii 1970 îndepărtate, era încă mai mică decât baza teoretică pentru înțelegerea modului în care mecanica cuantică poate afecta gravitatea.

Cu toate acestea, au existat fizicienii care lucrează în această direcție și că, realizat unirea parțială a mecanicii cuantice și a relativității generale a examinat distribuția câmpurilor cuantice (partea cuantice) într-un fix, ci un mediu de spațiu-timp curbat (partea gravitațională). După cum sa menționat în capitolul 4, integrarea completă ar trebui cel puțin, să conțină, nu numai luarea în considerare a fluctuațiilor cuantice ale câmpurilor asupra spațiului-timp, dar, de asemenea, fluctuațiile cuantice ale spatiu-timp. Din motive de simplificare, această complicație nu a fost luată în considerare în primele studii. Hawking a luat o uniune parțială și considerată ca câmp cuantic se va comporta într-o anumită zonă foarte spațiu-timp - în vecinătatea găurii negre. Ceea ce a găsit fizicienii uimit profund.

proprietate bine-cunoscut de câmpuri cuantice în ordinare, gol, neiskrivlonnom spațiu-timp este că, din cauza fluctuațiilor cuantice de perechi de particule, cum ar fi un electron și antiparticula sa, pozitroni, vă permite să vii instantaneu din nimic, un pic mai viu, apoi se confruntă reciproc și ca urmare a anihila reciproc. Acest proces, cuantumul unei perechi. Am fost intens studiată atât teoretic, cât și experimental, și a fost tras din toate părțile.

O nouă caracteristică a cuantumului unei perechi este că, dacă un partener are o energie pozitiva, legea de conservare a energiei, rezultă că celălalt partener trebuie să aibă aceeași cantitate de energie negativa - un concept care nu are nici un sens în universul clasic [30] Cu toate acestea, datorită. principiul de incertitudine există un fel de lacună care permite particulelor să aibă energie negativă, cu condiția ca a apărut, acestea nu sunt foarte mult timp să fie abuzat ospitalitate. În cazul în care particula există numai în treacăt, incertitudinea cuantică spune că orice experiment nu suficient timp, chiar și în principiu, pentru a determina semnul energiei sale. Acesta este motivul principal pentru care cuplul este sortită legile cuantice de particule în anihilarea rapidă. Prin urmare, atunci când fluctuațiile cuantice ale perechii de particule în mod constant născuți și nimicesc, născut și anihila, în mijlocul jocului în curs de desfășurare inevitabil al incertitudinii cuantice în spațiul care altfel ar rămâne goale.

Hawking re-examinat fluctuațiile cuantice omniprezente, dar nu și în spațiul gol, și în apropiere de orizontul unei găuri negre. El a descoperit că de multe ori se pare ca de obicei. Vapori formate particule aleator; gasi rapid unul pe altul; apoi anihilat. Dar, din când în când există ceva nou. În cazul în care particulele sunt formate este suficient de aproape de marginea găurii negre, apoi una dintre ele poate strânge interior, în timp ce celălalt va zbura în spațiu. În absența unei astfel de gaură neagră niciodată nu se produce, pentru că în cazul în care particulele nu se anihila reciproc, particula cu energie negativa va fi capabil de a sparge prin valuri de protecție de incertitudine cuantice. Hocking a dat seama că un astfel de radical de lichidare spațiu și timp gaură neagră poate cauza ca particule având energie negativă din punctul de vedere al unui observator în afara găurii negre, particulele vor fi de energie pozitiva pentru observator accident în interiorul acestuia. Astfel, gaura neagră oferă o particulă cu refugiu sigur de energie negativă, astfel încât nevoia de o deghizare cuantică dispare. Provocate particulele pot evita anihilarea reciprocă, și a declarat independența lor zhizni.104

Particulele cu energie pozitivă sunt de zbor din orizontul evenimentului, atât de departe ele arata ca un fel de radiații, cunoscut sub numele de radiație Hawking. Particulele cu energie negativă absorbită de gaura neagră, astfel încât acestea nu pot fi observate în mod direct, dar ele pot fi detectate în mod indirect. La fel ca masa de negru crește gaură în absorbția de tot ceea ce are o energie pozitiva, este, de asemenea redusă prin absorbția de tot ceea ce este energia negativa. Aceste două procese se combină pentru a face un aspect gaură neagră ca o bucată de cărbune de ardere: gaura neagra emite neîncetat spre exterior flux de radiații ca masa sa umenshaetsya.105 Asta este, dacă adăugați mecanica cuantică, găurile negre nu mai sunt complet negre. Descoperirea Hawking a fost ca un trăsnet din senin.

Cu toate acestea, acest lucru nu înseamnă că o gaură neagră tipică este încălzită la o strălucire roșie. Pe măsură ce fluxul de particule care zboară din gaura neagră, el a trebuit să depășească o rezistență incredibilă de atracția gravitațională. Această particulă cheltui energia lor și atât de mult se răcească. Hocking calculat ca observator situat destul de departe de gaura neagră, se detectează că temperatura reziduală radiații „obosit“ este invers proporțională cu masa găurii negre. O gaură neagră uriașă, ca fiind în centrul galaxiei noastre are o temperatură mai mică de o miime de miliardime grad peste zero absolut. O gaură neagră cu masa Soarelui va fi la o temperatură mai mică de o milionime de grad, chiar mai mică decât temperatura la 2,7 grade radiația relicvă rămasă de la Big Bang. Pentru temperatura gaura neagră a fost suficient de mare pentru a avea un gratar pentru întreaga familie, masa acestuia trebuie să fie de aproximativ zece mii de ori masa Pământului, și este extraordinar de cantitate mică pe o scară cosmică.

Cu toate acestea, temperatura gaura neagră în sine nu este atât de important. Deși radiațiile de la găurile negre astrofizice îndepărtate, să nu fie în măsură să aprindă cerul nopții, faptul că acestea au de fapt o temperatură, ele emit într-adevăr înseamnă că experții s-au grăbit să respingă ipoteza Beckenstein că găurile negre au într-adevăr entropie. Hawking perfect confruntat cu această sarcină. Calculele sale teoretice care determină temperatura găurii negre și radiația emisă de acesta, având în vedere toate datele necesare pentru a determina cantitatea de entropie, care, în conformitate cu legile standard, termodinamice, ar trebui să aibă o gaură neagră. Răspunsul rezultat a fost proporțională cu suprafața unei găuri negre așa cum se presupune Bekenstein.

Deci, până la sfârșitul anului 1974, al doilea act a devenit din nou lege. Descoperirea și Beckenstein Hawking, a arătat că, în orice situație, un complet entropia crește, cu condiția ca, nu numai entropia materiei si radiatii, dar, de asemenea, situate în interiorul găurilor negre și suprafața totală a lor definite de suprafață. In loc de a fi o chiuveta pentru entropie și să conducă la o încălcare a doua lege a găurilor negre au jucat un rol activ în executarea acestei legi în univers cu tot mai mare tulburare.

Această concluzie a condus la o binevenită ușurare. Pentru mulți fizicieni doua lege, bazată pe raționamentul statistic aparent indiscutabil, a devenit sacru ca aproape orice alta în știință. Învierea Sa a însemnat că, odată cu lumea din nou, bine. Dar, în timp, a existat o intrare mică, dar importantă capitală în registrul de entropie, care a arătat că problema validității a doua lege nu este cea mai mare prioritate. Această onoare a mers la problema zonei de depozitare a entropiei. sarcina, importanța care vor deveni evidente atunci când vom identifica legătura profundă dintre entropia și tema centrală a acestui capitol - informații.