Естественные науки

объясните, как может испаряться черная дыра?

Известный физик Дж. Уилер высказал однажды афоризм: «Чер­ные дыры не имеют волос» . Понимать его нужно так, что, в отличие от обычной звезды, черная дыра не име­ет никаких индивидуальных характеристик — кроме массы, ее момента количества движения и элект­рического заряда.

Как оказалось, вращение черной дыры приводит к появлению у нее некоторых новых черт. Прежде всего, существенно уменьшается радиус сферы, поверхность которой была названа выше горизонтом событий.

При этом также проис­ходит как бы расслоение «обычной» — сферы Шварцшильда: поверхность бесконечного красного смещения при­обретает форму эллипсоида, малая ось которого совпа­дает с осью вращения, причем величина малой полуоси

b = 0,5 Rg тогда как большой полуоси а = Rg. Пространство же между горизонтом событий и поверхностью бесконечного красного смещения называ­ется эргосферой. Из теории следует, что если матери­альная частица, попав в эргосферу, разделится в ней на несколько частей, то энергия ее выброшенных нару­жу фрагментов может существенно превосходить энер­гию исходной частицы.

Еще более удивительными оказались возможности, «предоставленные» черным дырам законами квантовой теории поля. Так, в 1971 г. Я. Б. Зельдович (СССР} обнаружил, что в поле тяготения вращающейся черной дыры происходит спонтанное (самопроизвольное) рож­дение пар элементарных частиц. Одна из частиц пары сразу же падает на черную дыру, другая движется в на­правлении далекого наблюдателя. В 1974 г. С. Хокинг пришел к выводу, что такое рождение частиц происходит и в окрестностях не вращающихся черных дыр. Полное испарение черной дыры (если только ее масса не уве­личивается за счет захвата ею межзвездного газа) про­исходит за время около 1070 лет, для черной дыры по массе не намного превышающей Солнце. По мере умень­шения массы черной дыры этот процесс все ускоряется и последние 109 г она испаряет за 0,1 с, причем выде­ляется энергия около 1030 эрг. Отсюда также следует, что если во Вселенной в далеком прошлом и образовы­вались черные дыры с небольшими массами, то сегодня их уже нет.

Но если в природе и в самом деле происходят про­цессы «испарения» черных дыр, то тем самым наруша­ются казавшиеся абсолютными, фундаментальными законы сохранения барионов и лептонов. В самом деле, при рождении частиц в поле тяготения черной дыры появляется одинаковое количество частиц и античастиц, суммарный барионный заряд которых ра­вен нулю. Полное же испарение черной дыры начинает­ся при некотором ее барионном заряде Q, а заканчи­вается при Q = 0. Представление о нарушении закона сохранения бариониого заряда (как и лептонного) уже используется для объяснения зарядовой асимметрии ве­щества во Вселенной.
ЕЗ
Елена Зубкова
1 662
Лучший ответ
Это квантовый туннельный переход.
Для квантового туннелирования необходимо, чтобы барьер потенциальной энергии был конечных размеров. То есть имел конечную высоту и конечную ширину. Тогда часть волновой функции частицы оказывается за барьером. И если за барьером энергетическая яма более глубокая, то происходит эффект туннелирования.
С конечной высотой потенциального барьера тут всё понятно - ньютоновский гравитационный потенциал имеет горизонтальную асимптоту на бесконечности.
А вот как быть с конечной шириной барьера? Гравитационный барьер ведь имеет бесконечную ширину и, по идее, квантовым туннелированием невозможно преодолеть гравитационное поле.
Но на самом деле все черные дыры вращаются. И не просто вращаются. После гравитационного коллапса, они начинают бешено вращаться в соответствии с законом сохранения момента вращения. Поэтому во вращающейся системе отсчета суммарный эффективный потенциал имеет конечную ширину для поверхности черной дыры. Это приводит к тому, что становится возможным квантовое туннелирование с поверхности звезды, ставшей черной дырой. (Грубо говоря, можете считать, что центробежная сила инерции помогает этому процессу. ) На бесконечности энергия становится меньше, чем на поверхности черной дыры.
В результате, поверхность черной дыры постепенно испаряется. При этом эффективный потенциал при уменьшении массы звезды модифицируется так, что поверхность черной дыры по прежнему оказывается в зоне возможного туннелирования.
Именно так и исчезают черные дыры. С одной стороны, масса черной дыры увеличивается, когда какие-то космические объекты попадают на неё, а, с другой стороны, идет процесс испарения черной дыры. Но так как на черную дыру практически ничего из внешнего пространства не попадает из-за очень малых размеров черной дыры (попадает в миллиарды раз меньше, чем попадало на ту звезду, от которой произошла черная дыра) , а испарение за счет туннельного эффекта, наоборот, в миллиарды раз усиливается (по сравнению со звездой, которая породила черную дыру) , то баланс оказывается смещенным в сторону испарения.
Юлия Бакеева
Юлия Бакеева
96 019
Zulaykho Khaydar-Zade Испарение надо понимать так что осуществляется событие с меньшей энергией (принцип наименьшего действия) ?
За счёт излучения Хокинга - всегда самопроизвольно рождающиеся в вакууме пары частица-античастица вблизи горизонта событий могут разделяться и компонент пары с отрицательной энергией падает под горизонт событий уменьшая тем самым массу энергимю чёрной дыры. Компонент с положительной энергие улетает наружу при этом
Любовь Беляева
Любовь Беляева
77 341
Анатолий Шерепер Всегда интересовал вопрос, почему баланс улетающих частиц тянет в сторону положительных энергий. (Так-то, если подумать, отрицательная энергия должна как бы отталкиваться от положительной ЧД, баланс должен идти в другую сторону).
Хотя, не из пальца же высосали, наверняка есть хитрые формулы, пока недоступные моему слабому мозгу :)
Наверное потому, что виртуальные частицы - на то и виртуальные, что должны пропасть либо стать реальными. И "отрицательная энергия" должна исчезнуть, и невправе покинуть окрестности ЧД.
Николай Круглый Каким образом масса чёрной дыры уменьшиться? Если частица и античастица внутри чёрной дыры взаимоуничтожаться, то от них останется энергия, которая не сможет покинуть чёрную дыру, а значит всё останется как было
спроси что полегче, нашел что спросить :) тут учёных нет они наукой заняты
Любовь Беляева Наукой я занята днём, на ночь сил уже не хватает
Елизавета Затеева Поддерживаю белого кролика. Тут хочется отдохнуть - посмеяться...
Это вопрос из серии - "Почему не стареют персонажи мультфильмов? "
Рассуждать на тему физических процессов того, чего нет в природе - удел писателей фантастов.
Любовь Беляева А у Вас есть доказательства, что НАБЛЮДАЕМЫЕ чёрные дыры являются фантазией? Доказательства - В СТУДИЮ. Или не надо БОЛТАТЬ Вот почему БЫДЛО так не любит отвечать за базар?