- Сообщения
- 8.404
- Реакции
- 11.062
Степень известности Стивена Хокинга среди физиков и общественности обусловлена его вкладом в различные области физики и космологии.
Хотя идея о том, что чёрные дыры не живут вечно, является одной из его значимых концепций, она не является его единственным вкладом и не является "величайшим открытием" Хокинга.
Одно из самых важных достижений Хокинга состоит в разработке теории Хокинга об излучении чёрных дыр, которая объединяет общую теорию относительности и квантовую механику. Согласно этой теории, чёрные дыры испускают излучение, известное как "Хокинговское излучение", и с течением времени они теряют массу и энергию. Это противоречит предыдущим представлениям о том, что чёрные дыры абсолютно поглощают все вещество и излучение.
Теория Хокинга о Хокинговском излучении имела глубокое влияние на понимание чёрных дыр и связанных с ними концепций, таких как информационный парадокс чёрных дыр.
Она вызвала большой интерес в научном сообществе и привела к дальнейшим исследованиям и дискуссиям в области физики чёрных дыр.
Вклад Стивена Хокинга простирается гораздо дальше, чем только его исследования чёрных дыр.
Он внёс значительные вклады в области космологии, квантовой гравитации, теории времени и другие аспекты физики. Кроме того, его умение популяризировать сложные научные идеи и общение с широкой публикой также способствовали его известности.
Решение, которое было найдено Карлом Шварцшильдом в 1916 году, стало первым точным решением уравнений Общей теории относительности, описывающим чёрную дыру. Он обнаружил, что в пределах горизонта событий, который представляет собой область пространства-времени, из которой даже свет не может уйти, существует математическая сингулярность, точечно сосредоточенная масса и плотность.Хотя идея о том, что чёрные дыры не живут вечно, является одной из его значимых концепций, она не является его единственным вкладом и не является "величайшим открытием" Хокинга.
Одно из самых важных достижений Хокинга состоит в разработке теории Хокинга об излучении чёрных дыр, которая объединяет общую теорию относительности и квантовую механику. Согласно этой теории, чёрные дыры испускают излучение, известное как "Хокинговское излучение", и с течением времени они теряют массу и энергию. Это противоречит предыдущим представлениям о том, что чёрные дыры абсолютно поглощают все вещество и излучение.
Теория Хокинга о Хокинговском излучении имела глубокое влияние на понимание чёрных дыр и связанных с ними концепций, таких как информационный парадокс чёрных дыр.
Она вызвала большой интерес в научном сообществе и привела к дальнейшим исследованиям и дискуссиям в области физики чёрных дыр.
Вклад Стивена Хокинга простирается гораздо дальше, чем только его исследования чёрных дыр.
Он внёс значительные вклады в области космологии, квантовой гравитации, теории времени и другие аспекты физики. Кроме того, его умение популяризировать сложные научные идеи и общение с широкой публикой также способствовали его известности.
На протяжении длительного времени считалось, что гравитационный коллапс до состояния чёрной дыры является необратимым процессом, и независимо от начальной конфигурации массы, сингулярность будет точечной, а горизонт событий — сферическим. Главным параметром, определяющим чёрную дыру, является её масса, которая влияет на размер горизонта событий.
В последние десятилетия были предложены различные модели и гипотезы, указывающие на возможность существования более сложных структур внутри чёрных дыр. Например, в рамках теории струн возникла идея о том, что чёрные дыры могут иметь "волосы" — набор дополнительных свойств и полей, которые могут характеризовать их состояние, помимо массы и вращения.
Хотя ранее принималось, что чёрные дыры имеют точечную сингулярность и сферический горизонт событий, современные исследования работают над более сложными структурами и свойствами чёрных дыр, что позволяет расширить наше понимание их природы.
При поглощении чёрной дырой все большего количества материи, её масса увеличивается, а размеры становятся более громоздкими. Ранее считалось, что этот процесс будет продолжаться бесконечно, пока не иссякнет доступная для поглощения материя или не наступит конец Вселенной.
Однако наше понимание было пересмотрено благодаря революционному открытию о том, что наша Вселенная состоит из мельчайших неделимых частиц, которые подчиняются набору квантовых законов. Эти частицы взаимодействуют друг с другом через различные фундаментальные взаимодействия, каждое из которых можно описать как набор квантовых полей. Это открытие привнесло новый уровень понимания структуры и динамики нашей Вселенной.
Все эти процессы регулируются квантовой электродинамикой, которая является теорией электромагнитных взаимодействий. Когда речь идет о частицах, ответственных за сильные взаимодействия, то они обуславливают силу, которая объединяет протоны и другие частицы в ядрах. Такое взаимодействие описывается квантовой хромодинамикой, или квантовой теорией сильных взаимодействий. А что насчет радиоактивного распада? Здесь уже вступает в силу квантовая теория слабых ядерных взаимодействий.
Однако в этом наборе отсутствуют два важных элемента. Первое отмечается довольно просто: в квантовом мире не учитывается гравитационное взаимодействие, так как у нас пока нет квантовой теории гравитации. Второе является более сложным вопросом: упомянутые три квантовые теории обычно оперируют в плоском пространстве, где гравитационное взаимодействие может быть пренебрежимо. Пространство-время, описываемое общей теорией относительности, известно как пространство Минковского. Однако рядом с черной дырой пространство искривляется и принимает форму пространства Шварцшильда.
Стивен Хокинг подошел к этой проблеме в 1974 году и продемонстрировал, что присутствие этих полей в искривленном пространстве возле черной дыры приводит к возникновению теплового излучения чёрного тела определенной температуры. Эта температура и поток излучения меньше, чем более массивна черная дыра, поскольку кривизна пространства меньше на горизонте событий более крупной и массивной черной дыры.
В своей популярной научной книге "Краткая история времени", которая до сих пор занимает высокие позиции в разделах "космология" и "релятивистская физика" на Amazon, Стивен Хокинг описывает вакуум пространства, состоящий из пар виртуальных частиц и античастиц, возникающих и исчезающих. Он утверждает, что рядом с черной дырой иногда одна из компонентов этой виртуальной пары попадает за горизонт событий, в то время как другая остается снаружи. В такой ситуации, как он пишет, внешний компонент пары улетает с реальной, положительной энергией, а внутренний компонент обладает отрицательной энергией, что приводит к уменьшению массы черной дыры и, в конечном итоге, к ее постепенному испарению.
Естественно, такая представленная картина не соответствует действительности. Во-первых, излучение не возникает исключительно на краю горизонта событий черной дыры, оно происходит из всего окружающего ее пространства. Однако, самая существенная ошибка заключается в том, что черная дыра испускает фотоны, а не частицы и античастицы. Фактически, излучение обладает настолько низкой энергией, что не способно создавать пары частица/античастица.
Объяснение данного процесса, акцентируется на внимание о том, что виртуальных частицах, которые представляют собой способ визуализации квантовых полей в природе; они не являются реальными частицами. Однако, именно эти свойства могут привести и приводят к возникновению реального излучения.
Однако эта концепция не полностью соответствует реальности. В данном объяснении предполагается, что излучение является интенсивным непосредственно у горизонта событий и становится слабым и низкотемпературным лишь на больших расстояниях от черной дыры. Однако на самом деле излучение присутствует везде, хотя лишь небольшая его доля связана с горизонтом событий.
Для более точного объяснения ситуации требуется сложный подход, который показывает, что у этой простой картинки есть свои ограничения. Ключевая проблема заключается в том, что различные наблюдатели получают разные представления о том, что происходит, и о восприятии частиц. Эта проблема становится еще более сложной в искривленном пространстве по сравнению с плоским. Другими словами, один наблюдатель может видеть пустоту, в то время как другой, находящийся в ускоренном движении, может увидеть в этом пространстве частицы. Суть излучения Хокинга непрерывно связана с местоположением наблюдателя и тем, что он наблюдает, в зависимости от того, находится ли он в состоянии покоя или движется с ускорением.
Создание черной дыры на месте, где её ранее не было, приводит к ускорению частиц извне горизонта событий, которые в конечном итоге попадают внутрь этого горизонта. Именно этот процесс является источником излучения Хокинга, а расчеты Хокинга показывают, насколько экстремально долгое время требуется для испарения черной дыры. Например, для черной дыры массой, равной массе одного солнца, испарение займет около 10^67 лет. Для самой массивной черной дыры во Вселенной, массой в 10 миллиардов солнечных масс, это займет около 10^100 лет. При этом текущий возраст Вселенной составляет примерно 10^10 лет, и скорость испарения настолько мала, что пройдет еще около 10^20 лет, прежде чем черные дыры начнут испаряться быстрее, чем они растут из-за случайных столкновений с частицами в окружающем пространстве.
Таким образом, короткий ответ на вопрос читателя будет таков: картина, представленная Хокингом, является чрезмерно упрощенной и, следовательно, неправильной. Более подробно можно сказать, что излучение Хокинга происходит в результате падения материи в черную дыру, а из-за экстремального искривления пространства вокруг горизонта событий это излучение происходит на очень медленном временном масштабе и в огромных объемах пространства.
Если вам интересны более подробные и технические объяснения, рекомендуется обратиться к работам Сабины Хоссенфелдер, Джона Баеза и Стива Гиддингса, поскольку они раскрывают эту тему более подробно и сложно.
Научный телеграм канал
Пожалуйста Войдите или Зарегистрируйтесь чтобы видеть скрытые ссылки.
и
Пожалуйста Войдите или Зарегистрируйтесь чтобы видеть скрытые ссылки.
