|
Черные дыры могут превратиться в белые дыры
|
|
|
|
Черные дыры живут вечно, по крайней мере, согласно общей теории относительности. Как только вещество пересекает горизонт событий черной дыры, оно оказывается в ловушке навсегда, до последнего дня космического времени. Но мы знаем, что это не так. Общая теория относительности — это классическая модель. Она не учитывает нечеткую, неопределенную природу квантового мира. У нас нет полной и непротиворечивой теории квантовой гравитации, но у нас есть некоторое понимание квантовых черных дыр.
|
|
|
|
Одной из главных особенностей квантовых черных дыр является то, что материя и энергия могут покидать их посредством излучения Хокинга. В общих чертах, квантовые частицы могут время от времени туннелировать через горизонт событий, что означает, что квантовые черные дыры медленно теряют массу. Чем меньше масса черной дыры, тем выше скорость излучения Хокинга.
|
|
|
|
Таким образом, по мере старения черная дыра теряет массу, что заставляет ее излучать больше, и так далее, пока она полностью не испарится. В своей оригинальной статье 1974 года Хокинг рассчитал время жизни чёрной дыры примерно в 2*10^67 M^3 лет, где масса чёрной дыры измеряется в солнечных массах. Учитывая, что возраст Вселенной составляет всего около 10^10 лет, типичная чёрная дыра фактически бессмертна.
|
|
|
|
Однако с результатом Хокинга есть проблема. В основном, она заключается в том, что Хокинг предполагает, что квантовый эффект достаточно мал, чтобы не влиять на классическое пространство-время. Это полуклассический результат. Это предположение нарушается, когда масса чёрной дыры становится намного меньше Солнца. Для обычных чёрных дыр это не имеет большого значения, но для первичных чёрных дыр это важно. Эти гипотетические чёрные дыры были предложены в качестве возможного решения проблемы тёмной материи, и их время жизни повлияло бы на космическую эволюцию.
|
|
|
|
|
|
|
Что приводит нас к недавней работе на arXiv. В исследовании рассчитывается минимальное время жизни чёрной дыры более надёжным способом. Оно исходит из предположения, что пространство-время асимптотически полуклассическое. Другими словами, независимо от того, насколько странными кажутся квантовые явления вблизи горизонта событий черной дыры, по мере удаления от нее предположение Хокинга остается в силе. Авторы также предполагают, что любой эффект энтропии запутанности со временем исчезнет. Это способ решения проблемы «информационного парадокса» черных дыр. В зависимости от того, как будет решен парадокс, время жизни черной дыры может быть больше, чем полученный ими результат, но не короче.
|
|
|
|
Они обнаружили, что при заданной начальной массе M минимальное время жизни черной дыры составляет не менее M4/H^3/2, что является удивительно простым результатом. Они также показали, что испарение черной дыры имеет три основные фазы. Первая — это стандартное излучение Хокинга, вторая — переходная фаза, и третья — фаза запутанности. Именно эта последняя фаза потребует теории квантовой гравитации, поэтому они не могут рассчитать максимальное время жизни.
|
|
|
|
Интересно то, что, учитывая их ограничения, возможно, что малые чёрные дыры могут вести себя как белые дыры. В зависимости от природы квантовой гравитации, чёрные дыры могут войти в метастабильный период, когда фактор красного смещения их излучения становится отрицательным. В этом случае, похоже, чёрная дыра отталкивает вещество, а не притягивает его. Так бы вели себя гипотетические белые дыры. Если бы существовали первичные чёрные дыры, у них была бы фаза излучения Хокинга около миллиарда лет, после чего они могли бы войти в метастабильную фазу, в которой они выглядят похожими на белые дыры.
|
|
|
|
Для этого нам потребуется полная квантовая теория гравитации, но стоит поискать объекты, похожие на белые дыры. Мы пока таких не нашли, но это новое исследование означает, что мы не можем их исключить.
|
|
|
|
Источник
|
