|
Квантовые эффекты препятствуют образованию черных дыр
|
|
|
|
В течение последних семи десятилетий астрофизики выдвигали теорию о существовании "кугельблитце" - черных дыр, возникающих из-за чрезвычайно высокой концентрации света. Они предположили, что эти особые черные дыры могут быть связаны с астрономическими явлениями, такими как темная материя, и даже были предложены в качестве источника энергии для гипотетических двигателей космических кораблей в далеком будущем. Однако новые исследования в области теоретической физики, проведенные группой исследователей из Университета Ватерлоо и Мадридского университета Комплутенсе, показывают, что кугельблитце невозможны в нашей нынешней вселенной. Их исследование под названием "Свет не создает черных дыр" опубликовано на сервере препринтов arXiv и будет опубликовано в Physical Review Letters. "Наиболее известные черные дыры - это те, которые образуются в результате огромных концентраций обычной материи, коллапсирующей под действием собственной гравитации", - сказал Эдуардо Мартин-Мартинес, профессор прикладной математики и математической физики и сотрудник Института теоретической физики Периметра.
|
|
|
"Поскольку, согласно общей теории относительности Эйнштейна, любой вид энергии искривляет пространство-время, долгое время предполагалось, что огромная концентрация энергии в форме света может привести к подобному коллапсу. Однако это предсказание было сделано без учета квантовых эффектов". Команда построила математическую модель, учитывающую квантовые эффекты, которая продемонстрировала, что концентрация света, необходимая для создания кугельблитце, будет на десятки порядков больше, чем та, которая наблюдается у квазаров, самых ярких объектов в нашей Вселенной. "Задолго до того, как вы сможете достичь такой интенсивности света, сначала возникнут определенные квантовые эффекты", - говорит Хосе Поло-Гомес, кандидат наук в области прикладной математики и квантовой информации. "Такая сильная концентрация света привела бы к самопроизвольному образованию частиц, таких как электрон-позитронные пары, которые очень быстро удалились бы из этой области". Хотя условия, необходимые для достижения такого эффекта, невозможно проверить на земле с использованием современных технологий, команда может быть уверена в точности своих прогнозов, поскольку они основаны на тех же математических и научных принципах, которые лежат в основе позитронно-эмиссионной томографии (ПЭТ). "Чтобы понять это явление, нужно представить себе аннигиляцию вещества и антивещества, как это происходит во время ПЭТ-сканирования. Электроны и их античастицы (позитроны) могут аннигилировать друг с другом и распадаться на пары фотонов, или легких "частиц", - сказал Мартин-Мартинес.
|
|
|
|
"Наши результаты являются следствием явления, называемого "поляризацией вакуума", и эффекта Швингера, и, хотя объяснить их в нескольких словах может быть непросто, полезно подумать об этом так: предсказанное нами явление, которое предотвратит образование черных дыр из света, во многих отношениях является таковым. как противоположность явлению распада вещества и антивещества, которое происходит при ПЭТ-сканировании. При большой концентрации фотонов они могут распадаться на электрон-позитронные пары, которые быстро рассеиваются, забирая с собой энергию и предотвращая гравитационный коллапс". Хотя невозможность кугельблитце может разочаровать астрофизиков, это открытие является важным достижением в области фундаментальных физических исследований, которое стало возможным благодаря партнерству между прикладной математикой, Институтом Периметра и Институтом квантовых вычислений в Ватерлоо. "Хотя в настоящее время эти открытия, возможно, не нашли применения, мы закладываем основу для технологических инноваций наших потомков", - сказал Поло-Гомес. "Когда-то научные основы ПЭТ-сканеров были чисто теоретическими, а сейчас они есть в каждой больнице".
|
|
|
|
Источник
|
