Далее Зельдович и Новиков рассматривают теорию черных дыр




Скачать 56.11 Kb.
НазваниеДалее Зельдович и Новиков рассматривают теорию черных дыр
Дата конвертации06.06.2013
Размер56.11 Kb.
ТипДокументы
П. И. Бондаренко


Черные дыры


Далее Зельдович и Новиков рассматривают теорию черных дыр:

«Речь идет о так называемых первичных черных дырах. Напомним, что черной дырой называется масса, сжавшаяся настолько сильно, что возросшее поле тяготения не выпускает даже свет. Черные дыры с массой в несколько масс Солнца должны возникать в конце эволюции массивных звезд. Есть гипотеза о том, что в центрах галактик или даже в центре больших скоплений звезд возникают сверхмассивные черные дыры с массой в сотни, тысячи и миллионы масс Солнца. Возможно, что активные процессы в центрах галактик связаны с такими объектами. Могут ли существовать маломассивные черные дыры с массой, скажем, намного меньше массы нашей Земли? В нашу эпоху такие черные дыры естественным путем образоваться не могут. Для этого вещество пришлось бы сжать до плотности, превышающей на десятки порядков плотности атомного ядра. В естественных процессах сегодня это невозможно.

В самом начале расширения Вселенной, когда плотность повсюду была столь велика, даже сравнительно небольшие флуктуации плотности могли приводить к возникновению маломассивных черных дыр – первичных черных дыр. Такая гипотеза была высказана нами еще в 1966 г. Тогда же было оценено возможное общее количество первичных черных дыр, рассмотрен процесс аккреции газа на них. Важное теоретическое открытие, касающееся черных дыр, было сделано в 1974 г. английским физиком С. Хоукингом. Он показал, что квантовые процессы приводят к рождению частиц из вакуума вблизи черных дыр. В результате черная дыра постепенно теряет массу, уменьшается в размере – испаряется". Хоукинг показал, что этот процесс происходит тем быстрее, чем меньше черная дыра. Время жизни черной дыры от образования до полного испарения оценивается в (5.1), где М – масса черной дыры в граммах. Таким образом, черные дыры с массой и меньше испаряются, превращаясь в излучение и другие частицы за время, меньшее чем время расширения Вселенной.

Следовательно, если во Вселенной в начале расширения возникали сильные неоднородности в виде первичных черных дыр с массой меньше , то эти первичные черные дыры к нашему времени должны исчезнуть».

Приведем еще одну цитату (И. С. Шкловский. ЗВЕЗДЫ их рождение, жизнь и смерть. М., 1977.):

В последние годы теоретики довольно много занимались абстрактными математическими свойствами «черных дыр». Самым общим образом было доказано несколько важных математических теорем о «черных дырах». Сформулируем две из них: а) образовавшаяся каким-либо способом «черная дыра» никогда не может быть разрушена; б) одна «черная дыра» никогда не может разделиться на две «черные дыры», хотя обратный процесс возможен.

Недавно, однако, английский теоретик Хоукинг показал, что, строго говоря, теорема а) неверна: образовавшиеся каким-либо образом «черные дыры» очень малой массы с течением времени как-бы «испаряются». Остановимся на этом любопытном феномене, казалось бы, разрушающем все наши представления о «черных дырах», более подробно. Согласно взглядам современной физики, вакуум представляет собой отнюдь не абсолютную пустоту, в которой движутся различные материальные тела. На самом деле вакуум – как бы огромный резервуар, наполненный всевозможными, так называемыми «виртуальными» частицами и античастицами.

При отсутствии внешних воздействий (например, полей) эти «виртуальные» частицы не «материализуются», их как бы нет. Однако достаточно сильные или переменные поля (электрическое, гравитационное) вызывают превращения виртуальных частиц в материальные, которые вполне могут быть наблюдаемы.

Хоукинг обратил внимание на то, что коллапсирующую звезду нельзя считать абсолютно застывшей. Характерное изменение всех процессов, очевидно, равно гравитационному радиусу, поделенному на скорость света, т. е. . (5.2)

Другое дело, что сама величина этих процессов по мере гравитационного коллапса становится очень малой – звезда как бы застывает. Суть дела, однако, в том, что изменяющееся гравитационное поле «материализует» только те виртуальные частицы (например, фотоны), у которых частота равна характерной частоте изменения гравитационного поля, т. е. . Поэтому в гравитационном поле «застывшей» звезды – «черной дыры» должны непрерывно рождаться кванты с частотой, равной . Имеет место своеобразный резонанс.

Согласно расчетам Хоукинга, «черная дыра» с массой М излучает как абсолютно черное тело, температура которого (5.3), где k – постоянная Больцмана. Мощность излучения «черной дыры» .(5.4)

За счет этого излучения «черная дыра» теряет массу, а размеры ее непрерывно уменьшаются. Любопытно отметить, что у «черной дыры» с массой , т. е. миллиард тонн, гравитационный радиус , что близко к классическому радиусу электрона…»


Рассмотрим два тела одинаковой массы. Пусть первое тело будет звездой, гравитационный радиус которой на ее поверхности . Второе тело – черная дыра, на границе которой гравитационный потенциал . Оба эти тела создают одинаковые гравитационные потенциалы в точке наблюдения, находящейся на одинаковом расстоянии от центра масс этих тел.

В недрах Солнца и звезд излучение с высокой точностью соответствует излучению абсолютно черного тела. Распределение по энергии фотонов, излучаемых черной дырой, описывается функцией, которая в термодинамике описывает спектр излучения черного тела. Основной смысл законов термодинамики состоит в том, что невозможно построить вечный двигатель нм первого ни второго рода. Следовательно, наблюдатель должен регистрировать фотоны одинаковой энергии, испущенные как звездой, так и черной дырой В этом случае мы можем рассматривать звезду как газовый шар в котором происходит аккркция (падение) газа на черную дыру. В соответствии с представлениями общей теории относительности, такая аккркция может растянуться на бесконечное для внешнего наблюдателя время. Во всяком случае, энергию «среднего» фотона солнечного излучения мы можем получить также исходя из предположения, что Солнце является черной дырой.

Энергия фотона по формуле Планка определяется выражением .(5.5) Характерное изменение всех процессов на коллапсирующем таким образом Солнце, равно его гравитационному радиусу, поделенному на скорость света, т. е. .(5.6) Энергия электронов вакуума, возбуждаемая черной дырой, в соответствии с формулой Эйнштейна, очевидно, определяется выражением . (5.7) Таким образом, «средняя» энергия фотона солнечного излучения

. (5.8) Гравитационный радиус Солнца на среднем расстоянии Земли от Солнца, равном одной астрономической единице длины (а), определяется средней орбитальной скоростью Земли. В этом случае выражение (5.8) можно переписать в виде . (5.9) Эйнштейн и Гроссман взамен Ньютонова закона Всемирного тяготения построили 10 тензорных уравнений поля с 10 неизвестными, в качестве которых выступают гравитационные потенциалы (а, значит, и кривизна пространства-времени), которые соответствуют определенному распределению масс – источников гравитационного поля (например, Солнца). С учетом этой идеи Эйнштейна соотношение (5.9) можно переписать в виде (5.10) Согласно выражению (5.10) постоянная Планка

(5.11) Здесь гравитационный радиус Земли, о физическом смысле коэффициентов см. на сайте в разделе «Волновое пространство». Черная дыра с массой Солнца для наблюдателя, находящегося на Земле, излучает как абсолютно черное тело, находящееся на расстоянии одной астрономической единицы длины, температура которого равна эффективной температуре Солнца:

.(5.12) Здесь величина bпостоянная Вина (закон смещения Вина).

Мощность излучения на один «погонный» метр гравитационного радиуса черной дыры с массой Солнца

.(5.13) Общее излучения равно энергии «среднего» кванта излучения:

(5.14) В этом случае постоянная Планка

(5.15) Здесь величина – плотность вакуума, равная плотности вещества Вселенной на расстоянии горизонта Видимости.

Здесь

Определим гравитационную энергию Солнца:

(5.16)

Светимость Солнца – это величина потока излучаемой Солнцем энергии: Вт. Столько энергии проходит через всю описанную вокруг Солнца сферу в единицу времени. Светимость Солнца связана с его гравитационной энергией соотношением:

(5.17)

Таким образом, энергия кванта солнечного излучения, есть энергия гравитационная, пропорциональная гравитационной энергии Солнца и величине гравитационного потенциала на его поверхности:

(5.18)

Добавить в свой блог или на сайт

Похожие:

Далее Зельдович и Новиков рассматривают теорию черных дыр iconРешение заседания Научно-Технического Совета итэф
Н. Н., Богданова Л. Н., Васильев В. В., Высоцкий М. И., Голубев А. А., Данилов М. В., Джепаров Ф. С., Долголенко А. Г., Зайцев Ю....

Далее Зельдович и Новиков рассматривают теорию черных дыр icon«Черные дыры: спуск в Ад»
По заданию Географического общества вам предстоит исследовать несколько черных дыр, находящихся на больших расстояниях друг от друга...

Далее Зельдович и Новиков рассматривают теорию черных дыр iconУхабы на космических трассах: гравитационные «линзы» вместо «черных дыр»
«гравитационных» и «антигравитационных» линз – объектов намного более прозаичных и предсказуемых, но не менее опасных для космических...

Далее Зельдович и Новиков рассматривают теорию черных дыр iconСтивен Хокинг Краткая история времени «Краткая история времени. От большого взрыва до черных дыр»: Амфора; спб.; 2001
Оригинал: Stephen W. Hawking, “a brief History of Time From the Big Bang to Black Holes”, 1988

Далее Зельдович и Новиков рассматривают теорию черных дыр iconСтивен Хокинг Краткая история времени. От большого взрыва до черных дыр
Однако основные представления о рождении и дальнейшей судьбе Вселенной можно изложить и без помощи математики так, что они станут...

Далее Зельдович и Новиков рассматривают теорию черных дыр iconМы возвращаемся к первым шагам человечества в земледелии. В каком-то смысле
Древнего Египта может следовать глава о подсечном земледелии древних славян. Реальный исторический процесс не имеет "черных дыр"...

Далее Зельдович и Новиков рассматривают теорию черных дыр iconИнформационные ограничения на образование и слияние черных дыр
М необходимо частиц обычного вещества (квантов излучения), каждая из которых содержит 1 бит ( в информационной модели черной дыры...

Далее Зельдович и Новиков рассматривают теорию черных дыр iconСоздание технологии предсказания и синтеза сверхпроводников с критической температурой выше комнатной”
Целью проекта является создание системы создания сверхпроводниковых материалов с критической температурой выше комнатной на основе...

Далее Зельдович и Новиков рассматривают теорию черных дыр iconНовиков А. М., Новиков Д. А. Методология
В книге с позиций системного анализа в логике современного проектно-технологического типа организационной культуры изложены основы...

Далее Зельдович и Новиков рассматривают теорию черных дыр iconЛитература Зельдович Б. Я., Перепецкий Н. Ф., Шкунов В. В. Обращение волнового фронта. М.: Наука, 1985, 248 с
Зельдович Б. Я., Перепецкий Н. Ф., Шкунов В. В. Обращение волнового фронта. М.: Наука, 1985, 248 с


Разместите кнопку на своём сайте:
lib.convdocs.org


База данных защищена авторским правом ©lib.convdocs.org 2012
обратиться к администрации
lib.convdocs.org
Главная страница