Този сайт използва бисквитки (cookies). Ако желаете можете да научите повече тукПриемам
29 май 2017
Категории
  •  Космос
  •  Физика
  •  Науки за земята
  •  Биология
  •  Медицина
  •  Говорят медиците
  •  Математика
  •  Разни
FACEBOOK

Лъчението и парадоксът на Хокинг (видео)

| ПОСЛЕДНА ПРОМЯНА 08 януари 2017 в 16:22131680

Името на Хокинг носят две важни понятия в космологията - парадоксът на Хокинг и лъчението на Хокинг. Какво представляват те.

За да си обясним парадокса, трябва да разгледаме някои по-прости понятия.

Инфрачервеното отместване

Електромагнитните вълни могат да бъдат с различни честоти - с най-ниски честоти са радиовълните, ако се увеличи честотата, имаме инфрачервено лъчение, следва видимата светлина, после в невидимия спектър са ултравиолетовите лъчи, рентгеновите и накрая гама лъчението.

Ако източникът на излъчване е на известно разстояние от някакъв масивен космически обект и проследим излъчваната светлина на по-голямо разстояние от центъра на гравитация, може да видим т.нар инфрачервено отместване. Наблюдаваната честота на излъчване далеч от масивното тяло ще бъде малко по-ниска, отколко в околността му. Това е така, защото енергията на фотоните (частиците на електромагнитните вълни) е право пропорционална на честотата. Докато фотонът преодолява гравитационното привличане, върши работа и съответно, губи енергия, така че неговата честота намалява.

Този ефект е слаб за тела с маса от порядъка на Земята, но за неутронна звезда стойността на инфрачервеното отместване може да бъде доста голяма. За една черна дупка пък явлението достига своя екстремум.  Черната дупка има т.нар. хоризонт на събитията, на повърхността на който всяко лъчение претърпява безкрайно инфрачервено отместване. То не се променя с течение на времето - излъчване няма, независимо на какво разстояние от хоризонта е наблюдателят.

От пределите на хоризонта на събитията никаква светлина не може да излезе навън.

Теоремата за липсата на коса

Според теоремата за липсата на коса, всички черни дупки могат напълно да се характеризират само с три външно наблюдаеми класически параметъра: маса, електричен заряд и ъглов момент.

Всякаква друга информация ("коса" като метафора, предложена от физика Джон Уилър) за материята, която формира черната дупка или се поглъща от нея, изчезва зад хоризонта на събитията на черната дупка, следователно, е недостъпна за външен наблюдател.

Източник: listovative.com

Черните дупки създават изключително стационарни полета - гравитационни и електромагнитни полета, които не се променят с течение на времето. При звездите това не е така - те могат да създават около себе си, например, променящо се във времето магнитно поле, дори ако центърът им на гравитация е в покой. Това е заради различните движения на зарядите във вътрешността на звездата, създавани от радиацията. Но черната дупка не създава нищо, дори ако около хоризонта й се извършва бурно движение на зарядите.

Ако сте извън черната дупка, не може да кажете какво има вътре.

В една популярна лекция Хокинг отбелязва, че може да хвърляте телевизори, диамантени пръстени или най-лошия си враг в черна дупка - всичко, което черната дупка помни е общата си маса и състоянието си на въртене.

Източник: Gr@v

Да предположим, че имаме две черни дупки с една и съща маса, електричен заряд и ъглов момент, но първата дупка се състои от обикновена материя, а втората се състои от антиматерия. Въпреки това, те ще бъдат напълно неразличими за наблюдател извън хоризонта на събитията.

Лъчението на Хокинг

През 1974 Стивън Хокинг формулира хипотезата, че черните дупки трябва да излъчват радиация, но от фундаментално различен характер в сравнение с класическото електромагнитно лъчение. Това лъчение, за което говорихме по-горе, има източник, а именно движещите се заряди и маса. А лъчението на Хокинг, може да се каже, че няма източник - то е резултат от промени в свойствата на вакуума (проява на нулевите флуктуации), заради падането на материя в черната дупка. Освен това, ако зарядите и масите пораждат само за електромагнитни и гравитационни вълни, резултат на квантовото лъчение на Хокинг може да бъде раждането на електрони, позитрони, протони и други частици.

Информационен парадокс-черни дупки Източник: view.ca

И така черните дупки излъчват фотони и различни други частици в своята околност. Това лечение има редица характерни свойства. Първо, то се изменя във времето много бавно, ако черната дупка е достатъчно тежка и бавно губи своята маса, раждайки частици. Освен това лъчението на Хокинг е и термално, тоест черната дупка излъчва като нагрят до някаква температура обикновен източник - формата на този спектър се характеризира с изключителна стойност на температурата.

Важна особеност на температурния спектър е тази, че всички характеристики на частиците, освен маса и заряд, се излъчват с еднаква вероятност. Или казано по друг начин - всяка неутрална частица и фотон с една и съща енергия се излъчват с еднаква вероятност.

Парадоксът

Представете си, че имаме два облака  - един състоящ се от протони и друг - от неутрони. Да си представим че от тях се оформили две звезди - едната протонна, другата - неутронна, а после тези звезди в резултат на изразходване на горивото си са загубили част от своята маса и са останали само студени кълба. Теоретично от остатъците от еволюцията на звездите може да се проследи историята до елементарната частица, влизаща в състава на облаците.

Разбира се, това е много сложна задача, но е все пак принципно възможна, за разлика от случая, ако тези звезди се бяха превърнали в черни дупки.

Първо не можем да различим двете черни дупки, както се спомена по-рано, а топлинното излъчване на Хокинг не носи никаква информация за състава на първоначалните облаци, от които произхождат черните дупки.

Това може да се покаже с мисловен експеримент. Да предположим, че нашата черна дупка е погълнала частица с определена маса. Масата на черната дупка се увеличава. След това, да предположим, че частицата не е погълната, но черната дупка е излъчила енергия, съответстваща на масата на частицата и се връща към първоначалното си състояние.

Тъй като лъчението не носи информация, а една черна дупка се определя само от своята маса - информацията за състоянието на частицата се губи. Това наблюдение е несъвместимо с квантовата теория на полето, защото нарушава един от основните й принципи - трансформацията (вътрешната ротация) да е унитарна, В квантовата физика, унитарността е ограничението сумата от вероятностите за всички възможни резултати от дадено събитие да е винаги единица.

Информацията не трябва да изчезва

Но квантовата механика казва, че информацията не може да бъде създавана или унищожавана. Значи, тя остава някъде, но къде?

За своето предложение за решаване на парадокса, британският физик се опира на собствената си хипотеза за лъчението на Хокинг.

Хокинг предполага, че информацията за обект, попадащ в черната дупка, се запазва на хоризонта на събитията под формата на холограма от избягалите от дупката фотони. Само че информацията не може да се прочете, защото е в хаотично състояние. 

Новото предположение на Хокинг е, че информацията за частиците просто не прониква в черната дупка. Вместо това, тя се записва върху повърхността на хоризонта на събитията във вид на супертранслация. Хокинг сравнява това понятие с холограма: в класическия начин на използване на холограмите се осветява с лазер двумерна пластина и тя връща триизмерното изображение, което е записано върху нея.

"Идеята е, че супертранслацията е холограма на погълнатите частици". В случая за хоризонта на събитията, записаната информация се връща като четиримерна снимка на пространство-времето. По думите на Хокинг, тази информация се отнася обратно от лъчението на Хокинг, но "в една хаотична и безполезна форма". "За всички практически цели тази информация се губи" - добавя Хокинг.

40 години проблемът за загубата на информацията в черните дупки не губи своята актуалност в теоретичната физика.

Съществува решение в рамките на предположението, че Вселената има отрицателна кривина (така нареченото анти-де Ситер пространство), за което говорихме в публикацията "Хуан Малдасена: Илюзията гравитация".

Но в случай на плоска или положителна кривина, този механизъм за разрешаване на парадокса не работи. 


Няма коментари към тази новина !

 
Още от : Космология

Всички текстове и изображения публикувани в OffNews.bg са собственост на "Офф Медия" АД и са под закрила на "Закона за авторското право и сродните им права". Използването и публикуването на част или цялото съдържание на сайта без разрешение на "Офф Медия" АД е забранено.