При їх вивченні дослідники глибоко просунулися в науковому розумінні того, що є простір і час, чи існують межі пізнання Природи. Який все таки зв'язок між матерією та інформацією. Спробуємо висвітлити все найбільш важливе по цій темі.
1. Темні зірки Мітчелла - Лапласа
Термін «чорна діра» був запропонований Дж.Уілером в 1967 році. Однак перші передбачення існування тіл настільки масивних, що навіть світло не може їх покинути, датуються XVIII століттям і належать Дж. Мітчеллу і П. Лапласу. Їх розрахунки ґрунтувалися на теорії тяжіння Ньютона і корпускулярній природі світла. У сучасному варіанті це завдання виглядає так: які мають бути радіус Rs і маса M зірки, щоб її друга космічна швидкість (мінімальна швидкість, яку необхідно повідомити тілу на поверхні зірки, щоб воно вийшло зі сфери її гравітаційної дії) дорівнювала швидкості світла c? Застосовуючи закон збереження енергії, отримуємо величину
Rs = 2GM/c2, (1)
яка відома як радіус Шварцшильда, або радіус сферичної чорної діри (G - гравітаційна постійна).
Незважаючи на те що теорія Ньютона свідомо неприменима до реальних чорних дір, формула (1) сама по собі вірна, що і підтвердив німецький астроном К. Шварцшильд в рамках загальної теорії відносності (ОТГ) Ейнштейна, створеної в 1915 році. У цій теорії формула визначає, до якого розміру має стиснутися тіло, щоб вийшла чорна діра. Якщо для тіла радіусу R і маси M виконується нерівність R/M > 2G/c2, то тіло гравітаційно стійке, в іншому випадку воно колапсує (схлопується) в чорну діру.
2. Чорна діра від Ейнштейна до Гокінга
По-справжньому послідовна і непротиворечивая теорія чорних дір, або колапсарів, неможлива без урахування викривлюваності простору-часу. Тому не дивно, що вони природним чином з'являються як приватні рішення рівнянь ОТГ. Згідно з ними, чорна діра - це об'єкт, що викривляє простір-час у своїй околиці настільки, що ніякий сигнал не може бути переданий з її поверхні або зсередини навіть по світловому променю. Іншими словами, поверхня, яку має чорна діра, служить кордоном простору-часу, доступного нашим спостереженням. Аж до початку 70-х років це було твердженням, до якого неможливо додати щось суттєве: чорна діра здавалася «річчю в собі» - загадковим об'єктом Всесвіту, внутрішня структура якого незбагненна в принципі.
Ентропія чорних дір. У 1972 році Я.Бекенштейн висловив гіпотезу, що чорна діра володіє ентропією, пропорційною площі її поверхні A (для сферичної діри A = 4pRs2):
SЧД = C A/4, (2)
де C = kc3/G^ - комбінація фундаментальних констант (k - постійна Больцмана і ^ - постійна Планка). До речі, теоретики вважають за краще працювати в планківській системі одиниць, в цьому випадку C = 1. Більш того, Бекенштейн припустив, що для суми ентропій чорної діри і звичайної матерії, Stot = Sвещество + SЧД, має місце узагальнений другий закон термодинаміки:
D Stot є (Stot) кінцевий - (Stot) початковий? 0, (3)
тобто сумарна ентропія системи не може зменшуватися. Остання формула корисна також тим, що з неї можна вивести обмеження на ентропію звичайної матерії. Розглянемо так званий процес Сасскінда: є сферично-симетричне тіло «субкритичної» маси, тобто такої, яка ще задовольняє умову гравітаційної стійкості, проте достатньо додати трохи енергії-маси DE, щоб тіло сколапсирувало в чорну діру. Тіло оточене сферичною оболонкою (чия сумарна енергія якраз дорівнює DE), яка падає на тіло. Ентропія системи до падіння оболонки:
Сторінки: 1 2 3 4 5