Теория Стивена Хокинга о черных дырах получила подтверждение
|
Несмотря на загадочную природу, считается, что черные дыры следуют определенным простым правилам. Недавно один из самых известных законов черных дыр, предсказанный физиком Стивеном Хокингом, удалось подтвердить с помощью гравитационных волн. Согласно теореме о площади черных дыр, разработанной Хокингом в начале 1970-х годов, площадь поверхности черных дыр со временем не может уменьшаться. Это правило интересует физиков, так как тесно связано с другим правилом, которое, по-видимому, определяет течение времени в определенном направлении: вторым законом термодинамики, который гласит, что энтропия, или беспорядок, замкнутой системы всегда должна увеличиваться. Поскольку энтропия черной дыры пропорциональна площади ее поверхности, и то, и другое всегда должно увеличиваться. |
Результаты нового исследования являются намеком на то, что области черных дыр являются чем-то фундаментальным и важным. Прямо как и считал знаменитый британский ученый. Итак, площадь поверхности черной дыры определяется сферической границей, известной как горизонт событий — за этой точкой ничто, даже свет, не может избежать ее мощного гравитационного притяжения. Согласно интерпретации общей теории относительности Хокингом, поскольку площадь поверхности черной дыры увеличивается с увеличением ее массы, и поскольку ни один объект, брошенный внутрь, не может оттуда выбраться, площадь ее поверхности не может уменьшиться. |
Но площадь поверхности черной дыры также уменьшается по мере ее вращения, поэтому исследователи задались вопросом о том, можно ли бросить объект внутрь достаточно сильно, чтобы заставить черную дыру вращаться с такой скоростью, что ее площадь уменьшиться. Говоря о черных дырах необходимо отметить, что вне зависимости от наших действий, масса и вращение сделают так, что у нее будет большую площадь. Чтобы проверить эту теорию, исследователи проанализировали гравитационные волны, или рябь в ткани пространства-времени, созданные 1,3 миллиарда лет назад двумя гигантскими черными дырами, когда те по спирали приближались друг к другу с высокой скоростью. |
Разделив полученный детекторами LIGO и VIRGO сигнал на две половины — до и после слияния черных дыр — исследователи рассчитали массу и вращение как двух исходных черных дыр, так и новой объединенной. Эти цифры, в свою очередь, позволили им рассчитать площадь поверхности каждой черной дыры до и после столкновения. «По мере того как черные дыры вращаются друг вокруг друга все быстрее и быстрее, гравитационные волны увеличиваются по амплитуде все больше и больше, пока в конце концов не погружаются друг в друга, создавая большой всплеск волн», — говорит Изи. «То, что у вас осталось, — это новая черная дыра, находящаяся в возбужденном состоянии». |
Интересно, что площадь поверхности вновь созданной черной дыры была больше, чем у первых двух вместе взятых, что подтверждает «закон площади» Хокинга с более чем 95%-ной степенью достоверности. Как отмечают авторы нового исследования, их результаты в значительной степени соответствуют ожиданиям. Однако настоящая загадка начинается, когда мы пытаемся интегрировать общую теорию относительности — правила больших объектов — с квантовой механикой — правилами очень малых объектов. Начинают происходить странные события, которые наносят ущерб всем нашим жестким и быстрым правилам и полностью нарушают местные законы. |
Это происходит потому, что черные дыры не могут сжиматься в соответствии с общей теорией относительности, но они могут сжиматься в соответствии с квантовой механикой. Авторству Хокинга также принадлежит концепция под названием излучение Хокинга – когда туман частиц испускается по краям черных дыр благодаря странным квантовым эффектам. Это явление приводит к тому, что черные дыры сжимаются и, в конечном итоге, за период времени, в несколько раз превышающий возраст Вселенной, испаряются. Это испарение может происходить в течение достаточно длительного времени, но для физиков это слабое утешение. |
Согласно новому исследованию, подтверждение исследователями закона площади, по-видимому, подразумевает, что свойства черных дыр являются важными ключами к скрытым законам, которые управляют Вселенной. Как ни странно, закон площади, похоже, противоречит другой доказанной теореме знаменитого физика: черные дыры должны испаряться в течение чрезвычайно длительного времени, поэтому выяснение источника противоречия между двумя теориями может открыть новую физику. |
Источник |
При использовании материалов с сайта активная ссылка на него обязательна
|