Черные дыры. Лекции BBC - страница 5
Согласно принципу неопределенности в квантовой механике только частицы, длина волны которых уступает длине волны самой черной дыры, могут сформировать черную дыру. Это означает, что диапазон возможных волн ограничен: он не может быть бесконечным.
Д. Ш.: Принцип неопределенности, введенный знаменитым немецким физиком Вернером Гейзенбергом в 20-х годах прошлого века, постулирует, что невозможно локализовать частицы или предсказать их точное положение. Таким образом, на так называемых квантовых масштабах длин в природе существует неопределенность, которая не соответствует упорядоченной Вселенной Исаака Ньютона.
Таким образом, число конфигураций, которые могли бы сформировать черную дыру с конкретными параметрами массы, вращения и электрического заряда, хотя и велико, но конечно. Яаков Бекенштейн предположил, что из этого конечного числа и можно определить энтропию черной дыры. Это мера количества информации, которая будет утеряна безвозвратно во время коллапса и формирования черной дыры.
Существенный недостаток рассуждений Бекенштейна заключается в том, что если черная дыра обладает конечной энтропией, величина которой пропорциональна площади горизонта событий черной дыры, она также должна обладать и какой-то конечной температурой, которая в свою очередь должна быть пропорциональна поверхностной гравитации черной дыры. Все вышесказанное означает, что черная дыра может находиться в состоянии равновесия по отношению к тепловому излучению при какой-то отличной от нуля температуре. Однако согласно представлениям классической, неквантовой физики, такое равновесие невозможно, потому что черная дыра должна поглощать любое тепловое излучение, которое в нее попадает, и ничего не может излучать в ответ. Черная дыра не может излучать тепло.
Д. Ш.: Если информация теряется, что, по всей видимости, и происходит в черной дыре, должен иметь место выброс энергии, что противоречит тому постулату, что из черной дыры ничего не может выйти наружу.
Налицо парадокс. К нему я вернусь в моей следующей лекции, в которой расскажу о том, как черные дыры пошли в наступление на основополагающий принцип предсказуемости Вселенной и достоверности свершившегося, и о том, что может случиться, если вас затянет в такую дыру.
Д. Ш.: Итак, вместе со Стивеном Хокингом мы совершили научное путешествие, которое началось с утверждения Эйнштейна о невозможности коллапса звезд. Мы были свидетелями того, как ученые смирились с существованием черных дыр, и теперь движемся к спору о том, как причуды сингулярностей существуют и функционируют.
Черные дыры не так черны, как их малюют
Радиотрансляция 2 февраля 2016 года
В первой лекции я остановился на самом интересном: на парадоксе о природе черных дыр, невероятно плотных объектов, порожденных коллапсом звезд. Согласно одной из теорий, черные дыры с одинаковыми параметрами могут сформироваться из бесконечного разнообразия звезд. Другая теория говорит о том, что число возможных типов исходных объектов должно быть конечно. В этом заключается проблема информации, а именно: каждая частица и каждая сила во Вселенной в самой основе своей содержит ответ на закрытый вопрос – «да» или «нет».
Поскольку, как выразился физик-теоретик Джон Уилер, «у черной дыры нет волос», находясь снаружи черной дыры, невозможно сказать, что находится у нее внутри. Наблюдателю известно только три параметра черной дыры: ее масса, угловая скорость вращения и величина электрического заряда. Это означает, что черная дыра содержит огромное количество информации, которая скрыта от внешнего мира. Если количество информации, спрятанное внутри черной дыры, зависит от размера черной дыры, то, исходя из общих физических принципов, можно ожидать, что черная дыра обладает температурой и, следовательно, должна светиться как раскаленный металл. Но это невозможно, потому что, как всем известно, ничто не может покинуть пределы черной дыры, в том числе и тепловое излучение. По крайней мере, так считалось.
Этот парадокс просуществовал до начала 1974 года, когда я исследовал поведение вещества вблизи черной дыры в свете законов квантовой механики
