Что происходит, когда испаряется сингулярность черной дыры?

30 Мая 2017 в 12:00, Илья Хель 17 760 просмотров 23

Не так просто представить, учитывая все разнообразие форм, которые принимает материя во Вселенной, что на протяжении миллионов лет существовали только нейтральные атомы газа водорода и гелия. И точно так же трудно представить, что однажды, через квадриллионы лет, все звезды померкнут. Останутся лишь останки нашей пока еще живой Вселенной и… черные дыры. Но и они не будут жить вечно. В связи с чем рождается интересный вопрос. Что произойдет, когда черная дыра потеряет достаточно энергии вследствие излучения Хокинга, так что ее энергетическая плотность больше не сможет поддерживать сингулярность с горизонтом событий? То есть когда черная дыра перестанет быть черной дырой из-за излучения Хокинга?

Чтобы ответить на этот вопрос, важно понять, чем на самом деле является черная дыра.

Черные дыры обычно образуются во время коллапса ядра массивной звезды, когда отработанное ядерное топливо перестает синтезировать более тяжелые элементы. По мере замедления и прекращения синтеза, в ядре падает давление излучения, которое было единственным, что удерживало звезду от гравитационного коллапса. В то время как внешние слои зачастую испытывают нарастающую реакцию синтеза, раздувая бывшую звезду в сверхновую, ядро сначала коллапсирует в нейтронную звезду, но если масса будет слишком большой, сами нейтроны коллапсируют в еще более плотное состояние черной дыры. Также черная дыра может сформироваться, если нейтронная звезда наберет достаточно массы от звезды-компаньона и пересечет порог, необходимый для превращения в черную дыру.

С точки зрения гравитации, чтобы стать черной дырой, нужно просто набрать достаточно массы в достаточно небольшом объеме пространства, из которого даже свет не может выйти. Каждая масса, включая планету Земля, имеет скорость убегания: скорость, которую нужно развить, чтобы полностью выйти из гравитационного притяжения на определенном расстоянии (например, расстоянии от центра Земли до ее поверхности) от ее центра масс. Но если массы достаточно, чтобы скорость убегания стала равна скорости света, в таком случае ничто не сможет преодолеть этот барьер, потому что ничто не может превысить скорость света.

Это расстояние от центра масс, где скорость убегания равна скорости света — назовем его R — определяет размер горизонта событий черной дыры. Но тот факт, что в таких условиях существует материя, имеет еще одно незаметное следствие: эта материя должна коллапсировать в сингулярность. Можно предположить, что должно существовать состояние материи, которое будет стабильно и находиться в определенном объеме в пределах горизонта событий, но это физически невозможно.

Чтобы проявить внешнюю силу, внутренняя частица должна отправить частицу-переносчика силы от центра масс к горизонту событий. Но этот переносчик силы также ограничен скоростью света, и вне зависимости где вы находитесь в пределах горизонта событий, все светоподобные кривые заканчиваются в центре. Для медленных и массивных частиц все еще хуже. Как только вы сформируете черную дыру с горизонтом событий, вся материя внутри свернется в сингулярность.

И поскольку ничто не может покинуть черную дыру, можно было бы подумать, что черная дыра останется таковой навечно. И если бы не квантовая физика, то так бы и было. Но в квантовой физике существует ненулевое количество энергии, присущей самому пространству: квантовый вакуум. В искривленном пространстве квантовый вакуум приобретает совершенно другие свойства, нежели в плоском, и не бывает областей, кривизна которых была бы больше, чем возле сингулярности черной дыры. Совместите два этих закона природы — квантовую физику и релятивистское пространство-время возле черной дыры — и получите явление излучения Хокинга.

Вычисления квантовой теории поля в искривленном пространстве дают удивительное решение: в пространство, окружающее горизонт событий черной дыры, испускается тепловое излучение черного тела. И чем меньше горизонт событий, тем больше кривизна пространства возле горизонта событий, а вместе с тем выше скорость излучения Хокинга. Если бы наше Солнце было черной дырой, температура излучения Хокинга составляла бы 62 нанокельвина; если бы вы взяли черную дыру в центре нашей галактики, в 4 000 000 раз массивнее солнца, температура составляла бы 15 фемтокельвинов, или 0,000025% от температуры излучения меньшего объекта.

Это значит, что чем меньше черная дыра, тем быстрее она распадается, и дольше всего живут самые большие. Черная дыра солнечной массы будет существовать около 1067 лет до испарения, но черная дыра в центре нашей галактики будет жить в 1020 раз дольше. Интересно то, что до самой последней секунды существования у черной дыры будет оставаться горизонт событий. После образования сингулярности — и пока остается горизонт событий — она будет оставаться сингулярностью до тех пор, пока масса не станет нулевой.

Однако эта последняя секунда жизни черной дыры приведет к очень специфическому и мощному выбросу энергии. Когда масса падает до 228 метрических тонн, это сигнал к тому, что остается ровно одна секунда. Размер горизонта событий в это время составит 340 йоктометров, или 3,4 х 10-22: размер одной длины волны фотона с энергией, превышающей энергию любой частицы, которую когда-либо производил БАК. В эту последнюю секунду будет выпущено 2,05 х 1022 джоулей энергии, пять миллионов мегатонн в тротиловом эквиваленте. Это как если бы миллион термоядерных бомб взорвались в крошечном кусочке пространства; это заключительная стадия испарения черной дыры.

Что останется? Просто уходящее излучение. Если раньше в пространстве была сингулярность, в которой масса, а также, возможно, заряд и угловой момент существовали в бесконечно малом объеме, больше нет. Пространство восстановится до своего несингулярного состояния, как будто не было ничего до этого. Но когда это случится, Вселенная успеет сделать все свои дела триллионы раз. Не останется больше никаких звезд или других источников света, когда испарится первая черная дыра. И нет никакого «порога», после которого это должно случиться. Просто черная дыра должна полностью испариться. И насколько нам известно, останется только излучение.

Другими словами, если бы вы наблюдали, как испаряется последняя черная дыра в нашей Вселенной, вы увидели бы только черную пустоту пространства, в которой не было бы ни света, ни признаков активности уже на протяжении 10100 лет или больше. Внезапная мощная вспышка излучения определенного спектра и величины станет последним разом, когда наша наблюдаемая Вселенная искупается в излучении. Испарение последней черной дыры станет последним разом, когда Вселенная скажет: да будет свет!

Что происходит, когда испаряется сингулярность черной дыры?

Приложение
Hi-News.ru

Новости высоких технологий в приложении для iOS и Android.

23 комментария

  1. BEBEL

    Это все грустно и серо как дождик за окном

  2. ags116

    А может ли быть так, что в конечном итоге все звезды способные по весу станут черными дырами, не способные в итоге также будут затянуты в черные дыры, а дальше по нарастающей, весь материал галактики будет затянут в центральную черную дыру и так дальше со всеми галактиками, а потом и эти галактические черные дыры постепенно сольются в одну Большую Черную Дыру, которая начнет испаряться и испарившись в итоге жахнет напоследок? Новый Большой Взрыв! И все обратно по кругу до бесконечности. То расширяется, то коллапсирует. А то что Вселенная расширяется всё с большой скоростью, так это не беда, в итоге вся материя все равно будет притянута слившимися черными дырами?

    • dossvd

      Нет, так как чд любой массы никак не взаимодействует с веществом в миллионе светолет. А так как вселенная ещё и расширяется, то через 10^100 лет чд может разорвать само пространство-время

    • dima34

      Новый большой взрыв. Только не материи а энергии (отправлено из iOS приложения Hi-News.ru)

    • DimRex

      Сам Придумал !Умный Мальчик .. Этого Голливуда вагоны .
      Дырка =Это Бытовняк .
      По науке =( Русской науке отДревних)
      Это физика Место =Ничто .
      Ничто =То что не имеет своей физика Структура начала Построения .
      ТО есть =На русском= физика До Структура . Это физика Кравченко.
      Суть Проста .И научно .Не то что Эти Голливуды .
      Просто .Эта наука Америкосов ..весит на Трех Соснах Трех Лицах ,
      Тогда как в Русской физика =четыре участника .
      Прочти Вирш ..Державина №БОГ". четко И понятно =Без Лиц в Трех Лицах Божества ,
      всех =четыре ..Но Двоечники ..видят Только Три .
      теперь Этих Клоунов Заставили . считать Примитив .не как 3 , а как Четыре
      Они Не тянут ..физику высших степеней
      если у китайцев .ИНа и ЯН. Дырка И Палка ..То у Этих Гомиков =Одни частицы ..
      то есть гоморяды из Палок .А к Дыркам =Физика Место Ничто ..Они только Подходят когда Их носом Начали Тыкать ,
      Пишут SEX =lat= шесть в сокращенке .
      У Них Трахаться .
      Виртуальный =лат =Мужественный ..у Них ..якобы Они имели в виду не Тело , а Душу ..Так Пиши про Душу .ан нет . Виртути милитари .Боиня воинов .У Них Мнимость =Мираж ,
      Это Мрак ! Дебилы ..которые уродовали Нашу историю ..сейчас не могут понять ..Что Палки =Без Дырки .не Бывает и по Биологии Дырка старшая .
      Тогда что Говорить про физику .
      Теперь ..Гомиков Физика =Гомо ряды =Частицы =Палки Без дырок .
      И все Ходят .Рассказывают ..реакции ..как Правильно Добить Палку в Палку Будет Огуречик .Со стороны .Это Компания . Больных ученых ..
      Дырку Гомика Прировняли к Дырке =Материя =та которая Рожает ..Пришили ей Рудимент от Дедушки -частицу И учат Нас ..что такое дырки -волны ..
      Скоро Это кончится ..кибальчиши уже растут .
      Гомикам Дали от ворот .. и в науке ..в физика .Они не тянут по Дыркам ,
      Просто И Тупо ..ТРИ Сосны ..Три =Алгоритма Палок . Сам Знаешь . По Русски к Ним Должны Быть .= ТРИ Дырки =симбиота . Спросишь почему расскажу .
      Но Дырок =Не ТРИ .а Четыре ..Но Их ученые .Это не тянут .тупо не тянут .

  3. Kajus Bonus

    Как здорово, что можно предсказать, что будет через 10 в 67-ой степени лет...как печально, что прогноз погоды на завтра скорее всего ошибочен! Позолоти ручку дорогой! Погадаю, что будет через олимпиард лет!

    • nim_cch

      +++. Все эти сказки в то время пока нет единой теории всего и квантовая религия.

  4. kot 4268

    Черная дыра не может испарится, этот противоречит закону сингулярности Шварцшильда! Так что не несите бред сивой кобылы! (отправлено из приложения Hi-News.ru)

    • Editor54

      Зуб даёте? А поподробнее?

    • Ilya_Nsk

      Хокинг много позже Шварцшильда работал и теоретически открыл у черных дыр излучение, названное его именем. Нобелевскую ему за это не дали, но наград у него хватает.. По его теории любая черная дыра рано или поздно перейдет в излучение.

    • miks

      Извините меня за Русский) Сингулярность это по сути то, что невозможно понять, неопределенность событий, то, что мы никогда и не узнаем!!!! Так как, это невозможно. Хокин этой историей про волны с черных дыр, которые потом исчезнут, просто хуйню видать спорол. Ну как это возможно, если мы не знаем что за горизонтам событий, Хокин, как мы и все можем только предпологать, а не утверждать) (отправлено из приложения Hi-News.ru)

  5. kirfoton

    Печальный конец нашей вселенной. Однако, я знаю (не лично) одного человека, который с оптимизмом смотрит в будущее . Это физик - космолог, автор книги "Взрывающаяся вселенная " Игорь Дмитриевич Новиков . Если он жив, ему уже лет 80 . То что такой невесёлый конец нашего мира - это я прочитал ещё лет 15 назад в его книге. В конце концов, пишет он , вселенная настолько рассеется, что каждый электрон и позитрон будут на расстоянии больше размера сегодняшнего мира. События в таком мире будут чрезвычайно замедлены, но всё же будут. Я верю, пишет он, что и жизнь и разум будут в том мире, хотя их проявления будут также чрезвычайно замедленны с нашей сегодняшней точки зрения.
    Может кто расшифрует его слова ? Мне нравится его оптимизм, но на чём он основан, я так и не понял за много лет ...И если всё настолько разрежено будет, то как возможны будут сложные структуры, без которых ( на мой взгляд) невозможна разумная жизнь ? Он вроде живёт в Москве, и было бы неплохо если кто из журналистов с ним бы встретился и поговорил на эту тему. Особенно касательно его оптимизма ...

    • uran

      Ага, если рассматривать конечно-размерную вселенную, но она бесконечная и бесконечен энергетический обмен. (отправлено из приложения Hi-News.ru)

  6. deaddreams

    агааа! так черные дыры это просто архивация энергии для передачи ее затем нашим потомкам, через время порядка 10^60 лет. :DD

  7. ShC

    Ну и поделом ей, этой Вселенной. Для полноты картины должен еще порваться пространственно-временной континуум, расплющиться пространство и остановиться время. Если бога нет, она того заслуживает. Если бог есть, ее судьба не имеет никакого значения.

  8. uran

    Че за бред? Ещё спросите, что заставляет звезду находиться именно в том месте, где мы её наблюдаем? Всё испарится, энергия уйдёт в никуда. И где это "никуда"? Будто про сгоревшую в бездне спичку речь. Но даже в этом случае энергия передаётся частицам, а не " испаряется". (отправлено из приложения Hi-News.ru)

  9. Zamza

    Ну, это во-первых, всего лишь теории, существующие на сегодняшний день. Как сильно они изменятся даже не через "мильярды" лет, а только через несколько десятков лет, я даже не берусь сказать. А во-вторых, клянусь, учитывая как быстро мы познаём вселенную и овладеваем знаниями и возможностями, то самый страшно-далёкий срок, когда мы без проблем сможем управлять всеми этими "чёрными дырами, и сингулярностями" - это не более 1000 лет. И это я ещё взял ужасно "далёкий" срок. скорее всего будет гораздо раньше..... Так что не переживайте друзья, сильнее нас на свете ничего нет....

  10. macss

    Так "темная материя" нашей Галактики расположена над южным
    полюсом Земли, на расстоянии около 400 000 километров.
    А "темная энергия" Галактики достигает Земли в период перигелия.
    Вообще-то "темную материю" может увидеть каждый.
    Взгляните на Солнце, все что южнее, это и есть "темная материя".
    Почему "темная материя"? Потому что она в жидком виде и полностью прозрачна.
    Не всякий прибор ее "видит". Темная энергия - обычное электромагнитное поле, тоже невидимо.
    Добраться до "темной материи" практически невозможно, так как она находится за
    оболочкой пространства/времени. А еще силовое электромагнитное поле скорость
    которого равна нулю по отношению к Солнцу. В то время как скорость движения Земли
    по орбите равна 30 км/сек.

  11. Magician
  12. dima34

    Создаётся такое впечатление что он там был все рассмотрел приехал и рассказал. Ну а если там другие законы? Хокинга всего лишь человек , а человеку свойственно ошибаться. Зачем создавать второго кумира -Эйнштейна? (отправлено из iOS приложения Hi-News.ru)

Новый комментарий

Для отправки комментария вы должны авторизоваться или зарегистрироваться.