Теория черных дыр стивена хокинга. В чем смысл теории черных дыр Стивена Хокинга, если объяснять человеку, далекому от физики? Черные дыры и сингулярности
07.06.2016 в 18:41, просмотров: 56953В престижном научном журнале Physical Review Letters физик Стивен Хокинг совместно с двумя своими коллегами опубликовал работу, в которой утверждается, что черные дыры представляют собой путь в альтернативную Вселенную. По мнению ученых, в случае подтверждения их теория позволит разрешить главный парадокс этих космических объектов.
Стивен Хокинг известен в научном мире, в первую очередь, гипотезой, что маленькие чёрные дыры теряют энергию и постепенно испаряются, испуская излучение Хокинга, названное так в честь своего первооткрывателя. Без малого год назад учёный уже заявлял, что чёрные дыры могут представлять собой двери в альтернативную Вселенную, однако соответствующая научная работа придаёт этой теории, на первый взгляд кажущейся почти фантастической, определённый вес, пишет The Independent.
До того, как было предложено понятие «излучение Хокинга», многие учёные полагали, что всё, что попадает в чёрную дыру, исчезает в ней безвозвратно. Гипотетическое излучение Хокинга, позволившее изменить данное представление, в то же время подразумевает, почти вся информация о квантовом состоянии частиц в чёрных дырах, за исключением их массы, заряда и скорости вращения, теряется, что современным представлениям об устройстве мира не соответствует. Новая теория позволяет разрешить этот парадокс, приняв допущение, что то, что попадает в чёрную дыру, покидает её, но уже в другой реальности - вероятно, в параллельной Вселенной. Однако пути назад у того, кто попадёт в другой мир с помощью чёрной дыры, по новой теории, уже не будет. «Поэтому, хоть я и с азартом отношусь к космическим полётам, лететь в чёрную дыру я не собираюсь», - сказал Хокинг, комментируя своё исследование.
Недавно менее знаменитый ученый, Мартин Рис, что одновременно с Большим взрывом, ознаменовавшим появление нашего мира, за его пределами могло произойти множество аналогичных событий, что привело к появлению так называемой Мультивселенной, включающей в себя огромное множество параллельных реальностей.
Британский астрофизик выдвинул теорию о том, что черная дыра ведет в другую Вселенную.
По мнению астрофизика, черные дыры – это своего рода порталы, ведущие в иные Вселенные.
Он также опроверг теорию, что в черной дыре все исчезает бесследно и безвозвратно, если попадает туда.
В престижном научном журнале Physical Review Letters физик Стивен Хокинг совместно с двумя своими коллегами опубликовал соответствующую работу, которую цитирует The Independent.
Стивен Хокинг известен в научном мире, в первую очередь, гипотезой, что маленькие чёрные дыры теряют энергию и постепенно испаряются, испуская излучение Хокинга, названное так в честь своего первооткрывателя.
Без малого год назад учёный уже заявлял, что чёрные дыры могут представлять собой двери в альтернативную Вселенную, однако соответствующая научная работа придаёт этой теории, на первый взгляд кажущейся почти фантастической, определённый вес, пишет The Independent.
До того, как было предложено понятие «излучение Хокинга», многие учёные полагали, что всё, что попадает в чёрную дыру, исчезает в ней безвозвратно. Гипотетическое излучение Хокинга, позволившее изменить данное представление, в то же время подразумевает, почти вся информация о квантовом состоянии частиц в чёрных дырах, за исключением их массы, заряда и скорости вращения, теряется, что современным представлениям об устройстве мира не соответствует.
Новая теория позволяет разрешить этот парадокс, приняв допущение, что то, что попадает в чёрную дыру, покидает её, но уже в другой реальности - вероятно, в параллельной Вселенной. Однако пути назад у того, кто попадёт в другой мир с помощью чёрной дыры, по новой теории, уже не будет. «Поэтому, хоть я и с азартом отношусь к космическим полётам, лететь в чёрную дыру я не собираюсь», - сказал Хокинг, комментируя своё исследование.
Кроме того, физик уверен, что микроскопические черные дыры станут неограниченным источником энергии для человечества в будущем. По мнению Хокинга, исследователи могут случайно создать мироскопическую черную дыру уже сегодня на Большом адронном коллайдере. Пока такого не происходило, но Хокинг с нетерпением ждет это открытие. Он пошутил, что таким образом сможет рассчитывать на Нобелевскую премию по физике.
Недавно менее знаменитый ученый, Мартин Рис , высказал предположение, что одновременно с Большим взрывом, ознаменовавшим появление нашего мира, за его пределами могло произойти множество аналогичных событий, что привело к появлению так называемой Мультивселенной, включающей в себя огромное множество параллельных реальностей.
Ученый уверен, что часть поглощенной черными дырами информации будет просачиваться наружу в виде фотонов с почти нулевой энергией, остающихся на месте испаряющейся черной дыры. Это явление Хокинг назвал «мягкие волосы».
Они присутствуют во Вселенной в большом количестве, но из-за их сверхмалой энергии они не заметны, а считать с них информацию невозможно.
Согласно заявлениям астрофизика Стивена Хокинга, «черные дыры» более не космическая тюрьма для всего в них завлекаемого, как мы полагали ранее. Черные дыры, в самом деле могут быть рабочими порталами к соседним вселенным.
Во время лекции в театре Гарвардского университета, известный физик-теоретик Стивен Хокинг выставил на открытое обсуждение природу «черных дыр», ознаменованное стартом «Black Hole Initiative».
В идее ученого прозвучало стремление объединить изыскания многочисленных ученых и сосредоточиться на научной точке зрения исследований «чёрных дыр».
На протяжении десятилетий мы считали, что образования в космосе именуемые как «черные дыры» в действительности являются разрушительной тюрьмой для всего, что подходит к ним на дистанцию захвата.
Теперь, отношение к этим структурам космоса меняется самой наукой. То, о чем уже давно знают и говорят писатели фантастического жанра, ныне подтверждает профессор Хокинг: чёрные дыры действительно могут представлять межгалактические порталы, имеющие выход к другим мирам.
Во время лекции, которая проходила в театре Гарвардского университета, профессор Хокинг, осуществляющий руководство исследовательского Центра теоретической космологии в Кембриджском университете Англии, перед аудиторией более 1000 человек озвучил:
Черные дыры - это не вечные хранилища без доступа, как мы когда-то думали, напомнил ученый слушателям на этой неделе. «Все может выйти из черной дыры, как снаружи, так и возможно в другую вселенную» … Так что, если кто-то оказался пленен «чёрной дырой», то не отчаивайтесь, на другой стороне по идее есть выход.
Профессор Хокинг сравнил возвращение информации из «черной дыры» со сгоревшей энциклопедией, где согласно теории, информация не будет окончательно разрушенной и утраченной, хотя и будет довольно трудно ее расшифровать.
Эксперты теперь видят в «черных дырах» важное значение для звёздных систем, призывая объединить усилия ученых, изучающих редкостное космическое явление, которое в соответствии с мнением множества исследователей, могло бы помочь понять основные принципы работы Вселенной.
Более того, в рамках созревающей инициативы Гарварда по «черным дырам» (иногда называемым как « «) предлагается «вырастить» своего рода культуру учёных, заинтересованных в исследовании «черных дыр», — прокомментировал идею председатель Гарвардского отдела астрономии Ави Лоеб (Avi Loeb).
Помимо всего прочего, на лекции профессор Хокинг рассказал о недавнем обнаружении гравитационных волн, которые по мнению физика, при некоторых условиях составляют часть твердых доказательств, подтверждающих свежую идею в работе черных дыр.
Черная дыра — откроет вход в другие миры, но и напоит энергией планету
Профессор Хокинг является одним из немногих, кто понимает, как работает механизм «черной дыры», считавшийся гравитационной ловушкой пространства с чрезвычайно мощным сжатием. На самом деле, по словам известного астрофизика, мы могли бы использовать «миниатюрные» черные дыры для своей пользы, чтобы привести энергию на Землю.
Если эта энергия может быть взята под контроль, то мини-черные дыры могли бы обеспечить энергией весь нуждающийся в ней мир. Одна мини-черная дыра, как полагают, выделяет около 10 миллионов мегаватт, о чем Стивен Хокинг сказал в своей лекции на BBC Radio.
Замечания и предложения о «черных дырах» были сделаны профессором во время своей второй лекции. Но на самом деле, оказывается, получение энергии из черных «мини» дыр не самая большая загадка, ведь существует более серьезная проблема, то есть, как-бы эти образования пространства .
Теории, озвученные новаторским предложением профессора Хокинга в отношении «черных дыр» являются захватывающими, и в своей последней теории, профессор Хокинг утверждает, что «черные дыры» так называемых «мини объёмов», могут испускать рентгеновские лучи и гамма-лучи на ошеломляющей скорости в размере около 10 миллионов мегаватт.Согласно оценочных расчётов, этих сил достаточно, чтобы загрузить на планету массу электроэнергии, заканчивая не только нескончаемый спрос / предложение энергии, но и в свою очередь сделает нашу планету намного чище.
Да, согласен с теми читателями, кто сейчас задался вопросом: а в чем собственно свежесть теории? О том, что «чёрные дыры» вход, а «белые дыры» выход в другие миры, прозвучало в минувшем столетии, да и учёные ЦЕРНа работать в этой области стали далеко не вчера. Да, все это так. Но ведь ещё никто не предлагал подключать энерговоды к «чёрным дырам», не так ли?
— Кстати, два года назад, астрофизики «услышали» крики о помощи, которые пришли с окраин соседней к Млечному Пути галактики «Messier 86». Сигналы испускала умирающая звезда, пожираемая чёрной дырой. Жуткое событие в пространстве, и «крики боли» звезды были зафиксированы международной командой ученых, наблюдавших .
Специалисты, изучив полученную информацию выяснили, что необычайно высокая рентгеновская активность (тот самый крик)- не что иное, как сигналы кричащей звезды, которую буквально разодрало на кусочки, поглощаемые бездонной черной дырой.
Знаменитый британский физик Стивен Хокинг пересмотрел свои прежние теории и дал правдоподобное объяснение природе черных дыр.
Неизвестно, смотрел ли Хокинг недавний блокбастер Кристофера Нолана Интерстеллар, и если смотрел, то что он думает о возможности попавшего в черную дыру отца оправлять своей дочери сообщения через пространство и время.
Однако, новая теория Хокинга о черных дырах также затрагивает способность черных дыр необычным образом обращаться с информацией, которая в них… проваливается.
В январе 2016 года Хокинг в очередной раз попал в заголовки ведущих СМИ планеты. Тогда он заявил, что нашел возможное решение парадокса черных дыр, т.е. смог объяснить, как черные дыры могут одновременно стирать информацию и сохранять ее.
Работа Хокинга была опубликована на сайте ArXiv.org, что позволило другим физикам ознакомиться с ней и высказать критические замечания. И вот шесть месяцев спустя, не встретив серьезного сопротивления мировой научной элиты, теория Хокинга была опубликована в авторитетном журнале Physical Review Letters.
Мы попробовало проследить за ходом мысли Хокинга и разобраться, почему его новая теория считается событием в мире физики.
Вечная память?
Нынешние представления о черных дырах сформированы на базе общей теории относительности Эйнштейна.
Согласно устоявшимся представлениям, все, что пересекает горизонт событий на краю черной дыры, бесследно исчезает.
Даже свет не может избежать такой участи. Собственно, поэтому черные дыры и получили свое название. Ведь они поглощают свет, и мы их не способны увидеть.
Однако, в 1970-х британский физик Стивен Хокинг предположил, что есть нечто, способное “убежать” от черной дыры благодаря законам квантовой механики. Это нечто – радиация.
Если постараться пересказать эту теорию Хокинга простым языком, то получается примерно следующее. Когда черная дыра “заглатывает” одну половину пары частица-античастица, то другая половина возвращается обратно в космос в виде радиационной частицы, унося с собой небольшую частицу энергии черной дыры.
Вода камень точит, как говорится
Поэтому и даже ничтожный отток энергии рано или поздно может привести к исчезновению черной дыры. И ее единственным следом останется электромагнитная радиация, которую излучала эта дыра. Это явление получило названия “излучение Хокинга”.
Проблема заключается в том, что согласно подсчетам Хокинга, радиация не может содержать никакой ценной информации о том, что “заглатывала” черная дыра за время своего существования. Иными словами, вся информация теряется навсегда.
А это утверждение вступает в противоречие с представлениями современной физики о том, что время всегда можно повернуть вспять.
По крайней мере, в теории все процессы во Вселенной должны выглядеть одинаково вне зависимости от того, движется ли время вперед или назад.
На первый взгляд, это звучит странно. Но если сравнить этот принцип с принципом работы современного компьютера, то все становится предельно ясно, поясняет астрофизик Деннис Овербай.
“Вселенная представляет собой нечто наподобие суперкомпьютера, – говорит он. – И предполагается, что она способна вести учет всего, что происходило в ее пределах”.
В качестве примера он приводит логи камер дорожного наблюдения. В них содержатся записи о том, что одна из проехавших машин была зеленым пикапом, а другая – красным Porsche. И эта информация сохраняется спустя длительное время после того, как обе машины разъехались.
Точно так же и Вселенная помнит о том, что одна из частиц состояла из материи, а вторая – из антиматерии. “Частицы могут быть разрушены, но информация о них – об их основных физических атрибутах – должна существовать всегда”, – поясняет Овербай.
Черные дыры вступают в противоречие с этой основополагающей теорией квантовой механики, ведь принято считать, что они начисто уничтожают любую информацию.
Это противоречие является проблемой не только для астрофизики, но и для физики в целом.
И вот теперь, Хокинг утверждает, что нашел решение проблемы.
Волосы памяти
Вокруг черной дыры может существовать некое гало – свечение из мягких “волос”, которые способны хранить информацию, предполагает Хокинг.
На самом деле, “волосы” – это метафора. Она описывает квантовые возбуждения, которые несут данные обо всем, что проходило через черную дыру. И эти возбуждения существуют даже после того, как исчезает сама черная дыра.
По словам Овербая, эти возбуждения проще всего описать как некий космический аналог дорожек на поверхности виниловых пластинок. На этих “дорожках” записана информация о том, что проходило сквозь горизонт событий, а затем исчезало.
Выдвинув эту гипотезу в январе 2016 года, Хокинг признал ошибочность своих прежних расчетов, основываясь на которых, в свое время предполагал, что черные дыры поглощают информацию навсегда.
Новая гипотеза Хокинга о “волосах” за полгода с момента первой публикации так и не приобрела серьезных критиков. Исследователи отмечают, что это изящное объяснение информационного парадокса выглядит вполне правдоподобно.
Хотя и не до конца исчерпывающе.
“Сама по себе гипотеза не дает полноценного решения проблемы сохранения информации черными дырами, – поясняет Гари Горовиц, физик из Калифорнийского университета. – Расчеты также должны быть сделаны для гравитационных полей, а не только для электромагнитных”.
Горовиц также не уверен, что этих “волос” достаточно для хранения всей информации о том, что падает в черную дыру.
Однако, Горовиц считает, что сам ход мысли Хокинга может привести к открытию новых видов хранения информации во Вселенной. И таким образом, проблема информационного парадокса черных дыр в конце концов будет решена, предполагает он.
Другая Вселенная
“Черные дыры не являются вечной тюрьмой, как ранее думали, - говорил Хокинг, представляя свою теорию в январе. - Если вам кажется, что вы попали в черную дыру, не сдавайтесь. Есть выход”.
В этой цитате есть доля шутки, однако в целом она наводит на главную мысль, которую Хокинг припрятал в своей работе.
Если уничтожение информации возможно в принципе, рассуждает Хокинг, то можно предположить, что возможно стереть информацию о прошлом.
Таким образом, если бы черные дыры могли и вправду без следа уничтожать любую попадающую в них информацию, это означало бы, что, опять таки, чисто теоретически, могут удалять частички прошлого.
А ведь именно прошлое говорит нам о том, кто мы есть. “Без прошлого мы потеряем свою индивидуальность”, – констатирует Хокинг.
Поэтому следствием допущения о “волосах” черных дыр является гипотеза об альтернативной Вселенной. Либо же их множестве.
Хокинг считает, что все, что падает в черную дыру, оказывается в другом пространстве. При этом, Хокинг убежден, что черные дыры представляют собой билет в один конец. Вернуться в нашу Вселенную через черную дыру не получится.
Проще говоря, по теории Хокинга, показанные в Интерстелларе события не могли бы произойти. Угодив в черную дыру, главный герой не смог бы отправлять послания дочке в прошлое.
“Я с азартом отношусь к космическим полетам, но лететь в черную дыру не собираюсь”, – шутит Хокинг насчет безжалостности черных дыр.
Попробую объяснить чуть подробнее. С точки зрения Общей теории относительности, гравитация - искривление самого пространства-времени (да-да, всё дело в геометрии). Представим столь массивный объект, у которого вторая космическая скорость (преодоление притяжения) выше скорости света. А скорость света в вакууме - предельная скорость взаимодействия во вселеной.
Таким образом, чёрная дыра (в представлении ОТО) - объект с бесконечно искривлённым пространством-временем, который даже свет не может покинуть. Причём есть граница, пройдя которую возврата нет - горизонт событий. То, что за ним, называется сингулярностью (там, где нельзя непрерывно проложить геодезическую линию). Классическая чёрная дыра может только поглощать - увеличивать массу.
Дальнейшие теоретические исследования привели учёных к вопросам об излучении чёрных дыр. Стивен Хокинг показал, что чёрная дыра может излучать. Это излучение (пока не открыто) называется излучением Хокинга. Чтобы рассказать, как оно образуется, нужно сперва рассказать, что такое вакуум.
Физический вакуум пуст, да не совсем. По теории, в нём постоянно рождаются и исчезают пары частиц (частица+античастица). Есть даже некоторые эффекты, подтверждающие, что оно так и есть. Так вот, в районе горизонта событий чёрной дыры рождаются пары этих частиц, но не исчезают. Из пары одна оказывается дальше от горизонта и может свободно перемещаться, другая остаётся за горизонтом. Это называется поляризацией вакуума.
Так излучает чёрная дыра по Хокингу. Поскольку есть излучение, она теряет массу, то есть испаряется. Тут немножко сложнее, это как сказать, что вы взяли из ничего половинку и там на половинку стало меньше. Когда-нибудь наступит момент, когда дыра испарится полностью.
На этом история не заканчивается, так как встала другая проблема. Потеря информации в чёрной дыре. Под информацией понимается состояние попадающего туда вещества. Дело в том, что чёрная дыра может обладать всего несколькими параметрами (вращение, заряд и масса), так что получается, что две дыры, имеющие одинаковые параметры будут идентичны. Независимо от того, какие туда попадали объекты. Получается, что состояние объекта не переходит в другое (как во всей остальной вселеной), а просто скажем «обнуляется».
Например, вы взяли 2 одинаковых листка бумаги, написали на них разные надписи и сожгли их - пепел одного будет отличаться от пепла другого, но попав в чёрную дыру, по идее получается, что они идентичны.
Попыток решить этот парадокс было предпринято немало. В ходе решения появился странный эффект - должна быть стена огня (файервол) излучения Хокинга в районе горизонта событий, что опять же не вписывалось в концепцию чёрной дыры.
Совсем недавно Стивен Хокинг предположил, что как такового чёткого горизонта событий нет, он как бы размыт (из-за искажений пространства-времени квантовыми эффектами). Вместо него он предложил «видимый горизонт событий», на котором задерживается материя, но не навсегда. То есть, как я понимаю, объект, задерживающийся на видимом горизонте является связанным с излучением Хокинга, а значит сохраняется информация (правда искажённая, как пепел того листка бумаги, развеянный по ветру). Но это только предположение.
