Лъчение на Хокинг - studopediya

Тъй като квантовата механика не играе роля в общата теория на относителността на Айнщайн, решението на Шварцшилд за черните дупки се основава единствено на класическата физика. Въпреки дължимото внимание на материята и радиация - частици като фотони, неутрино и електрони, които могат да прехвърлят маса, енергия и ентропия от едно място на друго - изисква използването на квантовата механика. За да се оцени напълно естеството на черните дупки и да разберат как те си взаимодействат с материя и лъчение, е необходимо да се разшири решението на Шварцшилд в квантовата региона. Не е лесно. Въпреки постиженията на струнната теория (както и други подходи, които ние не докосват, като контур квантовата гравитация, twistor теория на топос), ние все още сме в началното ниво в опитите ни да съвместяват квантовата физика и теорията на гравитацията. И в далечните 1970 г., тя все още е по-малко от теоретичната основа за разбирането на това как квантовата механика може да се отрази на тежестта.

Въпреки това, съществуват сега физици, които работят в тази посока и че постига частично обединение на квантовата механика и общата теория на относителността разгледа разпределението на квантовата полета (квантова част) във фиксирана, но изкривено пространство-време на околната среда (гравитационно част). Както е отбелязано в глава 4, пълната интеграция трябва, като минимум, да съдържа не само разглеждането на квантовите флуктуации на полетата във време-пространство, но също така и на квантовите флуктуации на пространство-времето. За по-голяма простота, това усложнение не е взето под внимание в първите изследвания. Хокинг взе частичен съюз и счита за квантова поле ще се държи по много конкретна област на пространство-времето - в околностите на черната дупка. Това, което открил изумен физици дълбоко.

Добре известен собственост на квантовата полета в обикновени, празен, neiskrivlonnom пространство-времето е, че в резултат на квантовата колебания на двойки частици, като електрон и неговата античастица, позитрона, ви позволява да незабавно да дойде от нищото, малко на живо, а след това се изправят един срещу друг и в резултат на взаимно унищожи. Този процес, кванта на чифт. Аз изучава усилено Теоретично и експериментално, и е изтеглена от всички страни.

Нова функция на кванта на чифт е, че ако един партньор има положителна енергия, законът за запазване на енергията, от това следва, че другият партньор трябва да имат една и съща стойност на отрицателната енергия - концепция, която няма никакво значение в класическия Вселената [30] Въпреки това, благодарение. несигурност, принципът е един вид вратичка, която позволява на частиците да имат отрицателна енергия, при условие, че се появи, те не са много дълго да се злоупотребява гостоприемство. Ако частицата съществува само мимолетно, квантовата несигурност казва, че всеки експеримент не е достатъчно време, дори и по принцип, за да се определи знака на нейната енергия. Това е основната причина, поради двойката е обречена квантовата частица закони в бързо унищожение. Ето защо, когато квантовите флуктуации на двойката частици непрекъснато се раждат и анихилират, родени и анихилират, на фона на неизбежната продължаващата игра на квантовата несигурност в пространството, които в противен случай ще остане празен.

Хокинг преразглежда повсеместното колебания квантовата, но не и в празното пространство, а в близост до хоризонта на събитията на черна дупка. Той открива, че често изглежда както обикновено. Парите формира частици произволно; бързо да намерите един от друг; след това унищожени. Но от време на време има нещо ново. Ако частиците са образувани е достатъчно близо до ръба на черната дупка, тогава един от тях може да затегне вътрешната страна, а другият ще лети в космоса. При липса на такава черна дупка никога не се случва, защото ако частиците не унищожат взаимно, частицата с отрицателна енергия ще бъде в състояние да пробие защитните вълните на квантовата несигурност. Хокинг разбра, че такава радикална ликвидация пространството и времето черна дупка, която може да доведе до частици, които имат отрицателна енергия от гледна точка на наблюдател извън черната дупка, частиците ще бъдат на позитивна енергия за наблюдател инцидент вътре в нея. По този начин, черната дупка осигурява частица с отрицателна енергия безопасно убежище, така че необходимостта от квантовата прикритие изчезва. Причинява се частиците могат да избегнат взаимно унищожение, и обяви своята независимост zhizni.104

Частици с положителна енергия са излитащи от хоризонта на събитията, така че отдалеч изглеждат като някаква радиация, известни като лъчение на Хокинг. Частици с отрицателна енергия се абсорбира от черната дупка, така че не може да се наблюдава директно, но те могат да бъдат открити индиректно. Точно както на масата на черната дупка се увеличава в процеса на усвояване на всички, че има положителна енергия, също така е намалена с усвояването на всички, че е отрицателна енергия. Тези два процеса комбинират, за да се направи черна дупка изглежда като парче от изгарянето на въглища: черната дупка излъчва непрекъснато навън радиация поток като масата й umenshaetsya.105 Това означава, че ако добавите квантовата механика, черните дупки вече не са напълно черни. Откриването на Хокинг беше като гръм от ясно небе.

Все пак, това не означава, че една типична черна дупка се загрява до червено сияние. Тъй като поток от частици, които летят от черната дупка, той трябваше да се преодолее невероятна съпротива от гравитационното привличане. Тази частица прекарат своята енергия и толкова много готино. Хокинг изчислява, че наблюдател намира достатъчно далеч от черната дупка, тя открива, че температурата на остатъчната "уморен" радиация е обратно пропорционална на масата на черната дупка. Огромен черна дупка, като в центъра на нашата галактика е с температура по-малко от една трилионна от градуса над абсолютната нула. Черна дупка с масата на Слънцето ще бъде при температура по-малко от една милионна от градуса, дори и по-малко от температурата, при 2,7 градуса реликва радиация, останала от Големия взрив. За черна дупка температура е достатъчно висока, за да има барбекю за цялото семейство, неговата маса трябва да е около десет хиляди пъти масата на Земята, и това е изключително малко количество на космически мащаб.

Въпреки това, самата черна дупка температура не е толкова важно. Въпреки че радиацията от далечни астрофизични черни дупки, не е в състояние да светне на нощното небе, фактът, че те всъщност имат температура, те излъчват всъщност означава, че експертите побързаха да отхвърлят хипотезата Bekenstein, че черните дупки наистина имат ентропия. Хокинг перфектно се справи с тази задача. Неговите теоретични изчисления, които определят температурата на черната дупка и радиацията, излъчвана от него, дадени всички необходими данни за определяне на размера на ентропия, което, съгласно стандартните термодинамични закони, трябва да има черна дупка. Получената отговорът е пропорционална на площта на черна дупка като приема Bekenstein.

Така че, до края на 1974 г., Закона Втори отново става закон. Discovery и Bekenstein Хокинг разкри, че във всяка ситуация пълен ентропията се увеличава, при условие, че не само ентропията на материя и лъчение, но също се намира във вътрешността на черните дупки и общата им площ, определени от повърхността. Вместо да бъде мивка за ентропия и да доведе до нарушение на втория закон на черните дупки са играли активна роля в изпълнението на този закон във Вселената с все по-голям безпорядък.

Това заключение доведе до облекчение. В продължение на много физици втория закон, въз основа на привидно безспорни статистически мотивите, тя се превърна в свещена като едва ли има друг в областта на науката. Неговото възкресение означава, че със света отново, всичко е наред. Но с течение на времето, не е малка, но важна първостепенно вписване в дневника на ентропия, която показа, че въпросът за валидността на Втория закон не е най-висок приоритет. Тази чест отиде към проблема на помещението за съхранение на ентропията. задача, значението на което ще стане ясно, когато ние ще идентифицира дълбоката връзка между ентропия и основната тема на тази глава - информация.