Черные дыры возникли в рамках Общей теории относительности, классической теории гравитации. Тем не менее, для того, чтобы понять черные дыры надлежащим образом, мы должны включить в их рассмотрение квантовые эффекты.
Роджер Пенроуз и Стефен Хавкин тридцать лет назад показали, что, в соответствии с общей теорией относительности, любой объект, который коллапсирует с образованием черной дыры, будет продолжать коллапсировать в состояние сингулярности, расположенной внутри Черной дыры. Это означает, что существуют сильные гравитационые эффекты на сколь-угодно коротких расстояниях внутри черной дыры. На коротких масштабах расстояния, мы, разумеется, для описания коллапсирущей материи, должны использовать квантовую теорию. Наличие сингулярности в классической теории также означает, что если мы зашли достаточно далеко в Черную дыру, то мы больше не можем предсказать, что происходит. Однако имеется надежда, что этот недуг классической теории можно вылечить квантованием гравитации.
Мы можем попытаться описать взаимодействие некой квантовой материи с гравитацией путем квантования материи на постоянном, классическом гравитационом фоне. То есть, мы можем попытаться квантовать материю, но не гравитацию. Это будет работать лишь в том случае, если гравитация слаба. Это должно работать снаружи большой черной дыры, но не вблизи сингулярности.
Используя такой подход, Хокинг показал, что черная дыра будет термически излучать. То есть, если мы изучаем квантовые поля материи на фоне классической черной дыры, то мы обнаружим, что, когда поля материи первоначально находтся в вакууме (то есть, не существует матери, падающей в черную дыру), существует постоянный поток исходящего излучения, с температурой, определяемой массой и зарядом черной дыры.
Это было поразительное открытие; классически, никакое излучение не могло убежать от черной дыры, но если мы квантовали поле материи, то мы получали постоянный поток излучения, исходящий от черной дыры! Это исходящее излучение уменьшает массу черных дыр, поэтому в конечном итоге черная дыра исчезает. По мере уменьшения черной дыры её температура растет (в отличие от многих других объектов, которые охлаждаются теряя энергию), поэтому черная дыра будет исчезать внезапно, в конечной вспышке излучения.
Существует аналогия между классическими законами, управляющими черными дырами, и законами термодинамики. Но термодинамика является всего лишь приблизительным описанием поведения больших групп частиц, которая работает потому, что частицы подчиняются законам статистической механики (ветви квантовой теории). Поскольку черные дыры имеют ненулевую температуру, то классические законы черных дыр являются законами термодинамики, применяемыми к черным дырам, поэтому должно существовать некое более фундаментальное описание классических законов, управляющих черными дырами в терминах статистической механики.
Квантование полей материи на фоне черной дыры дало нам много информации о черных дырах. Однако, чтобы понять фундаментальные принципы, лежащие в основе термодинамики черных дыр, нам нужна квантовая теория гравитации. Нам также нужна квантовая теория, чтобы понять, что происходит вблизи сингулярности. Однако, квантование гравитации является чрезвычайно трудным делом. Одной из теорий, которая дает некоторую надежду, особенно в плане понимания черных дыр, является теория струн.
[ Назад ]
[ Космология ]
[ Черные дыры ]
[ Космические струны ]
[ Инфляция ]
[ Квантовая гравитация ]
[ Домой ]
[ Дальше ]
..:: Перевел с английского В.Г. Мисовец
