рефераты, курсовые, дипломы >>> астрономия, авиация, космонавтика

 

Темные дыры

 
СОДЕРЖАНИЕ.

ВВЕДЕНИЕ.
ОБРАЗОВАНИЕ темных ДЫР. ГРАВИТАЦИОННЫЙ КОЛЛАПС. ГРАВИТАЦИОННЫЙ РАДИУС.
КВАНТОВОЕ ИЗЛУЧЕНИЕ темных ДЫР.
ТЕРМОДИНАМИКА темных ДЫР.
темные ДЫРЫ И ТЕРМОДИНАМИКА.
ТЕМПЕРАТУРА И ЭНТРОПИЯ темной ДЫРЫ.
ТЕРМОДИНАМИКА И ИНФОРМАЦИЯ.
ИНФОРМАЦИООНЫЙ ПОДХОД К ТЕРМОДИНАМИКЕ.
ЭНТРОПИЯ И ИНФОРМАЦИЯ.
темные ДЫРЫ И ВРЕМЯ.
ЭФФЕКТ ЗАМЕДЛЕНИЯ ВРЕМЕНИ НА ПОВЕРХНОСТИ темной ДЫРЫ.
КВАНТ ПРОСТРАНСТВА - ВРЕМЕНИ НА ПОВЕРХНОСТИ темной ДЫРЫ.
ТИПЫ ЧЕРНЫХДЫР.
ЗАКЛЮЧЕНИЕ.
перечень ЛИТЕРАТУРЫ.

ВВЕДЕНИЕ.

темные дыры – объекты совсем фантастические по своим свойствам. « Из всех измышлений человеческого разума, от единорогов и химер до водородной бомбы, наверняка, самое умопомрачительное – это образ темной дыры, отделенной от остального пространства определенной границей, которую ничто не может пересечь; дыры, обладающей так мощным гравитационным полем, что даже свет задерживается его мертвой хваткой; дыры, искривляющей пространство и тормозящей время. Подобно единорогам и химерам, темная дыра кажется более уместной в умопомрачительных романах либо в легендах древности, чем в настоящей Вселенной. И, тем не менее, законы современной физики практически требуют, чтоб темные дыры существовали. Может быть, лишь наша Галактика содержит их» - так произнёс о темных дырах американский физик К. Торн.
К этому следует добавить, что внутри темной дыры необычным образом изменяются характеристики пространства и времени, закручивающихся в своеобразную воронку, а в глубине находится граница, за которой время и пространство распадаются на кванты… Внутри темной дыры, за краем данной специфичной гравитационной пучины, откуда нет выхода, текут удивительные физические процессы, появляются новейшие законы природы.
темные дыры являются самыми превосходными источниками энергии во Вселенной. Мы, возможно, смотрим их в далеких квазарах, во взрывающихся ядрах галактик. Они появляются также после погибели огромных звезд. Может быть, темные дыры в будущем станут источниками энергии для человечества.

ОБРАЗОВАНИЕ темных ДЫР. ГРАВИТАЦИОННЫЙ КОЛЛАПС. ГРАВИТАЦИОННЫЙ РАДИУС.

Ученые установили, что темные дыры обязаны возникать в итоге совсем мощного сжатия какой-или массы, при котором поле тяготения растет так сильно, что не выпускает ни свет, ни какое-или другое излучение, сигналы либо тела.
Еще в 1798 г. П. Лаплас, исследуя распространение света в поле тяготения объекта, крупная масса которого сосредоточена внутри малой области пространства, пришел к заключению, что в природе могут встречаться тела полностью темные для внешнего наблюдающего. Поле тяготения таковых тел так велико, что не выпускает наружу лучей света (на языке космонавтики это значит, что вторая космическая скорость была бы больше скорости света с). Для этого нужно только, чтоб масса объекта М была сосредоточена в области с радиусом, меньшим так называемого гравитационного радиуса тела Rg. Радиус

Rg=2GM/c??1,5*10-28 М, гдеG-неизменная тяготения;
М-масса (измеряется в граммах)
Rg-в сантиметрах.
Вывод Лапласа основывался на классической механике и теории тяготения Ньютона.
Следовательно, для возникновения темной дыры нужно, чтоб масса сжалась до таковых размеров, при которых вторая космическая скорость становится равной скорости света. Этот размер носит заглавие гравитационного радиуса и зависит от массы тела. Величина его совсем мала даже для масс небесных тел. Так, для Земли гравитационный радиус приблизительно равен 1см, для Солнца – 3 км.
Для того чтоб преодолеть тяготение и вырваться из темной дыры, потребовалась бы вторая космическая скорость, крупная световой. Согласно теории относительности, никакое тело не может развивать скорость огромную, чем скорость света. Вот почему из темной дыры ничто не может вылететь, не может поступать наружу никакая информация. После того как любые тела, хоть какое вещество либо излучение упадут под действием тяготения в черную дыру, наблюдающий никогда не узнает, что вышло с ними в дальнейшем. Вблизи темных дыр, как говорят ученые, обязаны резко изменяться характеристики пространства и времени.
Если темная дыра возникает в итоге сжатия вращающегося тела, то вблизи её границы все тела вовлекаются во вращательное движение вокруг нее.
Ученые считают, что темные дыры могут возникать в конце эволюции довольно мощных звезд. После исчерпания запасов ядерного горючего звезда теряет устойчивость и под действием своей гравитации начинает скоро сжиматься. Происходит так называемый гравитационный коллапс (таковой процесс сжатия, при котором силы тяготения неудержимо возрастают).
А конкретно, к концу жизни звезды теряют массу в итоге целого ряда действий: звездного ветра, переноса массы в двойных системах, взрыва сверхновых и т.Д.; Но понятно, что существует много звезд с массой, в 10, 20 и даже в 50 раз превышающей солнечную. Маловероятно, что все эти звезды как-то избавятся от «излишней» массы, чтоб войти в указанные пределы (2-3М?). Согласно теории, если звезда либо её ядро с массой выше указанного предела начинает коллапсировать под действием своей тяжести, то ничто уже не в состоянии приостановить её коллапс. Вещество звезды будет сжиматься беспредельно, в принципе, пока не сожмется в точку. В ходе сжатия сила тяжести на поверхности неприклонно растет – наконец, наступает момент, когда даже свет не может преодолеть гравитационный барьер. Звезда исчезает: появляется то, что мы называем темной ДЫРОЙ.

КВАНТОВОЕ ИЗЛУЧЕНИЕ темных ДЫР.

Утверждение, что конечное состояние темной дыры стационарно, верно только в рамках обыкновенной, не квантовой теории тяготения. Квантовые эффекты ведут к тому, что на самом деле темная дыра обязана непрерывно излучать, теряя при этом свою энергию.1
Поле тяготения темной дыры совсем велико (конкретно поэтому оно производит над падающим телом работу, соизмеримую с его энергией покоя). Рассматривая чисто динамическую задачку о рождении частиц в таком гравитационном поле, С. Хокинг в 1975 г. Показал, что оно делает физический вакуум2 неустойчивым: постоянно присутствующие в нем виртуальные (короткоживущие) частицы превращающиеся в настоящие (долгоживущие). Точнее говоря, в вакууме вблизи горизонта событий3 поле рождает пары частиц, причем одна из компонент пары уходит вовнутрь темной дыры, занимая состояние с отрицательной энергией, а другая, имеющая положительную энергию, вылетает наружу и может быть зарегистрирована далеким наблюдателем.
В вакууме постоянно появляются и аннигилируют пары виртуальных частиц, которым, но, не хватает энергии для перевоплощения в настоящие долгоживущие частицы. В довольно сильном внешнем поле этот недочет энергии может быть восполнен работой, производимой полем над частицами. Для появления настоящей пары с энергией Е (сплошные полосы) нужно, чтоб её составляющие, находясь еще в виртуальном состоянии (пунктир), разошлись на расстояние L, на котором работа поля равна Е. Одна из компонент пары (А) падает вовнутрь темной дыры, (Б) уходит наружу, к внешнему наблюдающему. Совокупность частиц Б и есть излучение Хокинга.

таковым образом, квантовые характеристики вакуума появляются в том, что темная дыра «обязана» излучать частицы различных видов, в том числе кванты света. Изучая характеристики этого излучения, Хокинг пришел к неожиданному заключению, что оно имеет тепловой характер: темная дыра светит точно так же, как темное тело радиуса Rg, нагретого до температуры
?=ћc?/8?kMG?1026 /M,
где ћ - неизменная Планка;
k-неизменная Больцмана;
?-температура (измеряется в градусах Кельвина);
М-масса в граммах.
При этом не лишь диапазон излучения (распределение его по частотам), но и более тонкие его свойства (к примеру, все корреляционные функции) точно такие же, как у излучения темного тела.

ТЕРМОДИНАМИКА темных ДЫР.Темные ДЫРЫ И ТЕРМОДИНАМИКА.

Открытие теплового излучения темной дыры было полной нежданностью для большинства профессионалов.
Дж. Уилер первым направил внимание на то, что в рамках классической теории тяготения уже сам факт существования темной дыры противоречит второму началу термодинамики, согласно которому полная энтропия физической системы - величина, характеризующая степень её хаотичности, либо растет со временем, либо по крайней мере остается неизменной. К примеру, когда вовнутрь темной дыры падает горячее тело, владеющее неким запасом энтропии, в итоге чего внешний наблюдающий видит уменьшение полной энтропии мира, доступного его наблюдению. На это можно возразить, сказав, что «на самом деле» противоречия с термодинамикой нет, так как возросла энтропия внутренней части темной дыры. Это вправду так но лишь для наблюдающего, падающего совместно с горячим телом, который не столкнется ни с нарушением термодинамики, ни с самим эффектом Хокинга. Но системой отсчета внешнего наблюдающего внутренняя часть темной дыры вообще не охватывается. Поэтому для такового наблюдающего упавшее в дыру тело реально исчезает (передавая, естественно, темной дыре как целому свои сохраняющиеся свойства – энергию, либо массу М, вращательный момент J и заряд Q).
Эти суждения приводят к следующей дилемме: или термодинамика вообще запрещает существование темных дыр, или этот объект сам по себе владеет запасом доступной наблюдению извне энтропии, которая растет после падения на него горячего тела. Вторая возможность, которая и оказалась правильной, значит, что такое тело передает темной дыре как целому не лишь М, момент J и заряд Q, но и свою энтропию.
но еще ранее, чем был сделан выбор в пользу данной способности, возникло достаточно много теоретических указаний на то, что характеристики одной из черт темной дыры – площади её поверхности – вправду напоминают характеристики энтропии. Одно из таковых указаний относится к действиям естественной эволюции темной дыры – аккреции вещества на нее, слиянию двух темных дыр в одну и т.П. При полном отсутствии обратных действий. Оказывается, с течением времени суммарная площадь поверхности темных дыр, как и энтропия, или растет, или, в крайнем случае, остается неизменной1.
Вообще оказалось, что аналогия меж физикой темных дыр и термодинамикой простирается достаточно далеко. Она относится как к конкретным термодинамическим устройствам (типа тепловой машины), так и к общим законам термодинамики, каждому из которых нашелся свой эквивалент в физике темных дыр. Есть таковой эквивалент и у известного термодинамического соотношения dE=?dS , где dE и dS – соответственно конфигурации энергии и энтропии тела; ?- температура2. Если найти связь меж конфигурацией энергии темной дыры dE=d(Mc?) И конфигурацией её поверхности dF=8?RgdRg , то, оказывается, она имеет вид dE=(c?/8?G)gdF, где g=c4/4GM –ускорение свободного падения на поверхности темной дыры.
Сопоставляя приведенные выражения для dE в термодинамике и физике темных дыр, можно придти к следующему выводу: так как есть аналогия меж поверхностью темной дыры F и энтропией S, то имеется и аналогия ускорения свободного падения на поверхности темной дыры g с температурой?

ТЕМПЕРАТУРА И ЭНТРОПИЯ темной ДЫРЫ.

Существование темной дыры само по себе феноминально. Темная дыра ведет себя, как тело с температурой, равной абсолютному нулю, потому что с помощью темной дыры можно полностью перевоплотить тепло в работу.
При падении на черную дыру тело может создавать работу за счет энергии гравитационного притяжения к темной дыре. Если какое-или тело падает на черную дыру, то вся его энергия совместно с «энергией покоя» M0c? (M0 -масса покоя тела) может быть преобразована в работу1.
таковым образом, на границе темной дыры полная энергия тела обратится в нуль. Можно сказать, что масса покоя тела погасится отрицательной возможной энергией тела в гравитационном поле темной дыры. В обыденных земных условиях возможная энергия совсем мала по сравнению с энергией покоя, так что масса падающего камня остается фактически постоянной; при падении в поле темной дыры она обращается в нуль.
Закон тяготения действует так, что сила притяжения пропорциональна массе притягиваемого тела независимо от того, с чем связана эта масса. Горячий чайник незначительно тяжелее холодного; падая на черную дыру, горячий чайник выделит несколько больше энергии (на U/c?, Где U – внутренняя энергия), чем холодный. Темная дыра работает как идеальный холодильник при Т=0, из которого никакими методами нельзя извлечь какой-или энергии. Это означает, что к.П.Д. Цикла с темной дырой в качестве холодильника, по Карно, будет равен единице. Возникает ситуация, совсем напоминающая вечный двигатель второго рода, и нарушается теорема Нернста. Таковой феномен обязан был неминуемо навести на мысль, что темная дыра не может иметь температуру Т=0.
Решение феномена нужно было находить в термодинамических свойствах темной дыры. Первая догадка состояла в следующем.
Если темная дыра имеет температуру, хорошую от абсолютного нуля, то она имеет и энтропию. Если темная дыра сферически симметрична, не вращается и не заряжена, то энтропия может зависеть лишь от массы. Но энтропия – величина, которая не зависит от единиц измерения: энтропия идеального газа определялась отношением размеров и отношением температур. Численное же значение массы, естественно, зависит от того, в каких единицах мы её измеряем – в граммах либо в миллионах тонн. По-видимому, и энтропия темной дыры обязана определяться отношением её массы к какой-то обычной эталонной массе. Но какой? Как все же обязано смотреться выражение для энтропии темной дыры?
Качественное решение задачки было придумано Бекенштейном. Внимание его завлекла одна теорема общей теории относительности. Теорема утверждала, что какие бы процессы ни происходили в системе, в которой есть темные дыры, суммарная площадь поверхностей темных дыр может лишь возрастать. Эта совсем общественная теорема похожа на теорему о возрастании энтропии. Площадь, так же как энтропия, величина аддитивная и, так же как и энтропия, зависит от массы темной дыры. Поэтому был соблазн предположить, что энтропия темной дыры просто пропорциональна её площади: S~A. Но как свести концы с концами, если площадь A имеет размерность квадрата длины?
В микромире нет собственного масштаба длины. Из двух неизменных ћ и c нельзя составить величину с размерностью длины либо времени. Для этого нужно взять еще массу. Тогда длину можно, к примеру, составить так: ћ/mc.
В общей теории относительности также нет масштаба длины, так как его нельзя составить из G и c. Но если привлечь на помощь массу, то длину можно составить так: Gm/c?.
Объединим сейчас обе длины ћ/mc и Gm/c?, Составив их геометрическое среднее (ћG/c?)?. При этом масса сократится. Это и есть единица длины, предложенная Планком.
После того как Планк ввел две фундаментальные неизменные ћ и k, он заметил, что возникла возможность выстроить новенькую систему единиц, не связанную ни с какими искусственными образцами. Это следующие единицы:длина lп=(ћG/c?)?=5,110*10-31 м,
Время tп =(ћG/c5)?=1,7016 *10-43 с,
Масса mп =(ћc5/G)? =6,189*10-9 кг,
Температура Тп=1/k(ћc5/G)?=4,028*1031 К.
Единицы Планка удобны при расчете таковых систем, где существенны эффекты как квантовые, так и гравитационные.
темная дыра (и её энтропия) кажется удачным кандидатом для внедрения единиц Планка.
Предположим, что масштаб энтропии связан с неизменной длиныlп, т.Е. Что площадь поверхности темной дыры нужно поделить на lп2 с каким-то коэффициентом, о котором, естественно, нельзя додуматься заблаговременно. На базе таковых не совсем серьезных рассуждений и была выдвинута гипотеза о том, что энтропия темной дыры обязана иметь вид S=??/ lп2, где коэффициент ? нужно вычислить из каких-то суждений особо. Таковая догадка оказалась правильной. Коэффициент ? был вычислен позже Хокингом. Он оказался равным 1/4.
Зная энтропию, можно вычислить и температуру. Заменим площадь A её выражением через гравитационный радиус:
A=4?Rg?=16?GM?/c4.
Используя единицы Планка, можно сейчас написать формулу для энтропии:
S=16??(M/mп)?.
Температура запишется в виде
T=1/(32??)* mп/M*Tп
Исключая из этих формул массу, будем иметь (в единицах Планка и ?=1/4) ST?=1/(16?).
Такое уравнение состояния ни на что не похоже. Из него следует, что чем выше температура, тем меньше энтропия, а при абсолютном нуле энтропия обращается в бесконечность.
Отсюда можно заключить, что или в наших рассуждениях грубая ошибка, или с черно дырой происходит нечто серьезное и она не «доживает» до абсолютного нуля. Но в рамках классических представлений феномен разрешить оказалось невозможным.
феномен исчез, когда Хокинг теоретически доказал, что вблизи темной дыры происходит рождение частиц. Неожиданным образом выяснилось, что теорема о возрастании площади поверхности темной дыры перестает быть серьезной в квантовой механике и энтропия её может уменьшаться за счет того, что вокруг нее создается сгусток фотонов, которые эту энтропию уносят.
совсем большой потенциал гравитационного поля вблизи темной дыры приводит к тому, что на её поверхности появляются пары фотонов (и остальные частицы). Энергия этих фотонов (как и всех частиц вблизи темной дыры) равна нулю, поэтому они могут родиться «из ничего», не нарушая закона сохранения энергии. После рождения пары фотонов один из них уходит в черную дыру1, а второй за счет освободившейся энергии улетает на бесконечность. Система работает, как блок: один груз опускается, а за его счет поднимается другой. Результатом этого процесса будет уменьшение массы темной дыры (а означает, и её поверхности), эквивалентное энергии улетевших фотонов.
Теория этого процесса сложна. Но итог был увлекательным. Темная дыра излучает фотоны, диапазон которых совпадает с распределением Планка, отвечающим температуре (в единицах Планка, т.Е. mп =1 и Tп=1):
T=1/(8?)*1/М.
Из данной формулы следует, что коэффициент ?=1/4.
таковым образом, темная дыра излучает как идеальное темное тело (нежданно реализованное в космосе с совсем большой точностью).
сейчас становится ясным источник феномена. Темная дыра – система неустойчивая, неравновесная, поэтому и понятие о температуре темной дыры - понятие не вполне чёткое. Температура темной дыры растет с уменьшением массы; рождение пар приводит к уменьшению массы, а, следовательно, и к увеличению температуры. С ростом температуры интенсивность излучения возрастает, а температура растет еще больше. В конце концов, темная дыра обязана сгореть совершенно, причем сгореть за конечное время.

ТЕРМОДИНАМИКА И ИНФОРМАЦИЯ.

ИНФОРМАЦИООНЫЙ ПОДХОД К ТЕРМОДИНАМИКЕ.

Мы уже видели, как принципиально для возникновения тепловых параметров темной дыры существование горизонта событий, отделяющего область пространства, информация о которой не доходит до внешнего наблюдающего. Было показано, как можно придти к эффекту Хокинга и термодинамике темных дыр с помощью обычных термодинамических суждений, без проведения динамических расчетов рождения пар в поле темной дыры. Оказывается вероятным сделать и следующий шаг - связать термо характеристики темной дыры прямо с самим фактом существования у нее горизонта событий.
Эта возможность базирована на информационном подходе к термодинамике, который восходит к классикам теории теплоты, был сформулирован Л. Сциллардом и развивался многими физиками и математиками. Суть этого подхода состоит в утверждении, что существует ровная связь меж недочетом информации о физической системе и величиной её энтропии.
Будучи приложен к физике темных дыр, информационный подход прямо показывает на существование у них хорошей от нуля энтропии и температуры, позволяя выполнить непосредственный переход от утверждения «внешний наблюдающий лишен информации о внутренней части темной дыры» к утверждению «такой наблюдающий увидит черную дыру как горячее тело».
С другой стороны, физика темных дыр подкрепила информационный подход, подтвердив, что недочет информации о системе, с чем бы он ни был связан, вправду проявляется в возникновении у нее тепловых параметров. Сейчас, после открытия эффекта Хокинга и остальных эффектов такового же рода, нам понятно уже несколько устройств утраты информации и соответственно несколько устройств появления тепловых параметров у динамической системы.

ЭНТРОПИЯ И ИНФОРМАЦИЯ.

до этого чем давать количественную формулировку информационного подхода к термодинамике, напомним обыденную картину перехода динамической системы в состояние термодинамического равновесия. В процессе такового перехода система скоро « забывает » свое изначальное состояние, что происходит вследствие « запутывания » (стохастизации) движения составляющих её частиц. Это вызывается динамическими неустойчивостями в системе, которые ведут к усилению безизбежно присутствующих малых неопределенностей начальных значений динамических переменных. В итоге возникает быстрое перемешивание состояний частиц и равномерное наполнение всей доступной данной системе области значений динамических переменных.
Такое состояние системы, отвечающее равновероятности всех вероятных микроскопических состояний составляющих её частиц, описывается так называемым микроканоническим распределением. Из него автоматом следует, что неважно какая довольно крупная часть системы описывается формулой Гиббса.
Поскольку равновесная система «забывает» свое изначальное состояние, она характеризуется значительно меньшим числом характеристик (энергией либо температурой, давлением либо объемом и т.П.), Чем полное число её степеней свободы. Поэтому состояние термодинамического равновесия вырождено: каждому набору лишь что перечисленных макроскопических характеристик отвечает большущее число N разных микросостояний системы, реализующих этот набор. Мерой этого вырождения и служит энтропия системы S=k ln N.
Равновероятность разных микросостояний термодинамически равновесной системы значит, что никакое из них нельзя предпочесть другому. Поэтому чем больше величина N, тем меньшим объемом сведений о микроструктуре системы мы располагаем, и энтропию можно считать мерой неполноты информации об истинной микроскопической структуре равновесной системы.
Мы подошли, таковым образом, к информационному определению энтропии. Чтоб дать его точную формулировку, необходимо ввести следующее простейшее определение конфигурации количества информации ?І при неком процессе. Если поначалу имелось P равновероятных ответов на вопрос, касающийся какого-или предмета либо явления, а в конце их число стало p, то изменение информации об этом предмете либо явлении есть
?І=k ln (P/p).
Если P>p, мы имеем дело с приростом информации (наши сведения стали более определенными), в обратном случае – с её убылью.
Применим произнесенное к процессу перехода динамической системы в состояние термодинамического равновесия (рис.2).
Рис. 2. Пример, иллюстрирующий справедливость соотношения ?І=–?S – необратимое расширение газа в пустоту.
сначало газ занимает левую половину устройства – размер v0 (вверху). После поднятия заслонки газ расширяется, заполняя вдвое больший размер. В итоге неопределенность в положении молекул газа (и число ответов на соответствующий вопрос) также возрастает вдвое: P/p=1/2. Соответственно убыль информации о положении молекул будет определяться соотношением ?I=–k ln 2. Из термодинамики понятно, что прирост энтропии (на одну молекулу) при таком процессе есть ?S=k ln 2, что точно соответствует равенству ?S=-?I.
Вначале система была чисто динамической, её энтропия равнялась нулю, и мы точно знали ответ на вопрос о её микросостоянии: P=1. В конце её энтропия возросла на ?S, а число ответов на указанный вопрос подросло до значения N. Поэтому?I=-k ln N, и мы приходим к принципиальному соотношению:?S= - ?I.
Уменьшение количества информации о физической системе соответствует увеличению её энтропии1. Более того, если эта утрата информации такая, что отражает равновероятность всех допустимых микросостояний, то наша система описывается микроканоническим распределением, а её подсистемы – формулой Гиббса. Поскольку в приведенных рассуждениях никак не фигурировал конкретный механизм утраты информации, произнесенное в равной степени относится и к обычному горячему телу, и к темной дыре. Можно добавить, что наши утверждения не противоречат обычному представлению о том, что тепло отвечает хаотическому состоянию вещества. Ведь хаос в самом широком смысле – это и есть равновероятность разных микросостояний, когда ни одно из них нельзя предпочесть другому. Сразу это и отсутствие информации о внутренней структуре системы.
принципиально выделить, что, говоря о неполноте и потере информации, мы имели в виду, естественно, объективную невозможность получить информацию о состоянии системы – невозможность, характерихующую саму систему, а не субъекта-наблюдающего. Последний мог бы просто отрешиться от получения полной информации, не используя, к примеру, всех возможностей измерительной техники. Очевидно, к таковой ситуации произнесенное выше ни в мельчайшей мере не относится. Довольно вспомнить рассмотренный выше пример рождения пар в электрическом поле, когда отказ регистрировать позитронную компоненту излучения хотя и значит утрату информации, но не приводит к термодинамической формуле Гиббса. В то же время рождение пар в поле тяготения, когда есть горизонт событий и утрата информации имеет объективный, неустранимый характер, ведет конкретно к данной формуле.

темные ДЫРЫ И ВРЕМЯ. ЭФФЕКТ ЗАМЕДЛЕНИЯ ВРЕМЕНИ НА ПОВЕРХНОСТИ темной ДЫРЫ.

Плотное тело большой массы не лишь изменяет геометрические характеристики пространства вокруг себя, но и влияет на темп течения времени и скорости, протекающих вблизи действий.
Пусть ?t – интервал времени меж двумя событиями, которые происходят на расстоянии r от центра тела (r=R тела), таковым образом, действия происходят на поверхности тела. Означает, t – собственное время, время, измеренное наблюдателем на поверхности тела.
Пусть ?? – просвет времени меж этими же событиями, который будет фиксировать наблюдающий, удаленный от этого тела «на бесконечность» (так называемое координатное время).
Из теории относительности следует, что оба эти интервала соединены меж собой соотношением ([4],с.334):
??= ?t/?(1-Rg/r)= ?t/?(1-2GM/rc2)
Видно, что если r >> Rg , то ??= ?t – на огромных расстояниях от гравитирующей массы координатное время совпадает с собствееным, т.Е. Где бы мы не находились на поверхности этого тела либо много дальше от него время будет одно и то же. Но если r? Rg, то при любом интервале собственного времени ?t имеем ??? ?, то есть, если наблюдающий находится на большом расстоянии от темной дыры, то ему кажется, что время меж событиями меняется очень медлительно, а наблюдающий находящийся на поверхности темной дыры произнесёт, что время меж событиями фактически не заметно.
Под интервалом времени ?t можно подразумевать и период электромагнитной волны T=1/?=?/c, таковым образом ?=?0/?(1-Rg/r).
Отсюда следует, что длина волны ?, регистрируемая наблюдателем, будет больше длины волны ?0, испускаемой атоиои на расстоянии r от центра конфигурации, и при r? Rg, ?? ?.
Этот эффект замедления времени – эффект красного смещения длин волн вблизи гравитирующей массы (нужно учесть при исследовании сжатия ядра звезды большой на конечном этапе эволюции).
После того, как поверхностные слои звезды пересекут сферу Шварцшильда, испускаемые ими лучи света уже не могут выйти к удаленному наблюдающему. Поэтому сфера Шварцшильда называется еще горизонтом событий, а сжатие звезды за нее – гравитационным самозамыканием.
Представим себе, что наблюдающий «выгодно» устроился на верхнем слое сжимающегося ядра. Он фиксирует свое собственное время. Он нашел, что от начала движения с расстояния r =10Rg до r =Rg прошло несколько секунд. Скорость движения возросла до скорости света. Переход через поверхность сферы Шварцшильда для него продолжался мгновение.
совсем другую картину фиксирует наблюдающий, сидящий около телескопа в далекой галактике. Для него скорость движения верхнего слоя V поначалу так же растет (при r =2Rg, V=?c!), Позже движение замедляется, и при r ?Rg миниатюризируется до нуля. Момент прохождения через поверхность сферы Шварцшильда, с точки зрения удаленного наблюдающего «отсрочен» в нескончаемо далекое будущее.

КВАНТ ПРОСТРАНСТВА - ВРЕМЕНИ НА ПОВЕРХНОСТИ темной ДЫРЫ.

Не зная никакой теории о темных дырах, так же можно получить формулу для кванта времени т пространства в сингулярности (???). А получить это можно, используя способ размерностей.
Так как гравитация тут совсем велика, то квант времени в сингулярности (и пространства квант) зависит от G- гравитационной неизменной. А раз речь идет о том, что время и линейные размеры, которые являются качественными чертами в темных дырах, не являются постоянно текущими, а, напротив, являются прерывными. То есть время квантуется, означает, квант времени зависит от неизменной Планка(ћ). И еще квант времени (?) зависит от скорости света (c). То есть система характеристик такая: ?,ћ,G,c.
Составим из этих характеристик безразмерную комбинацию, с помощью которой найдем формулу для кванта времени.
?*ћx*cy*Gz =1( 1)
Определимся с размерностями физических величин, входящих в выражение (1): [ћ]=Дж*с=Н*м*с=кг*м*с-2*м*с=кг*м?*с-1; [c] = м* с-1; [G] =м?* с-2 кг-1; [?]=с.
Подставим заместо характеристик их единицы измерения в уравнение (1) и упростим его.
с*кгx*м2x*с-x*мy*с-y*м3z*с-2z*кг-z=1.
с1-x-y-2z*кг x-z*м 2x+y+3z=1.
Выражение (1) лишь тогда будет являться безразмерным, если характеристики степеней будут равны нулю.
1-x-y-2z=0 x=-1/2?
x-z=0 => z=-1/2
2x+y+3z=0 y=2.5
Подставим в уравнение (1) значения x,y,z.
? ћ-1/2c 5/2 G -1/2=1
?=?(ћG/c5)(2)

То есть мы получили, пользуясь теорией размерностей формулу для кванта времени, а зная его формулу можно получить формулу для кванта пространства в сингулярности (l=c* ?)
l=?(ћG/c3)(3)
Линейные свойства так же являются не непрерывными величинами, т.Е. Квантуются. Таковым образом, видно, что не зная сложной теории, можно довольно просто получить качественные свойства для темных дыр. Самое основное верно найти систему характеристик.

ТИПЫ темных ДЫР.

До сих пор мы говорили о возникновении во Вселенной темных дыр звездного происхождения. Астрономы имеют все основания предполагать, что, кроме звездных темных дыр, есть еще остальные дыры, имеющие совершенно иную историю.
Из теории звездной эволюции понятно, что темные дыры могут возникать на заключительных стадиях жизни звезды, когда она теряет устойчивость и испытывает неограниченное сжатие под действием сил тяготения. При этом масса звезды обязана быть довольно велика, по другому эволюция звезды может закончиться образованием или белого карлика, или нейтронной звезды. ([1].С.82)
не считая темных дыр (обыденных), возникающих в конце звездной эволюции и имеющих такие же массы, как звезды, могут существовать и более мощные темные дыры, образующиеся, к примеру, в итоге сжатия огромных масс газа в центре шаровых звездных скоплений, в ядрах галактик либо в квазарах.
А могут ли существовать во Вселенной темные дыры, масса которых во много раз меньше массы обыденных звезд?
Согласно современным космологическим представлениям Вселенная расширяется от сверхсжатого сингулярного состояния. Можно предполагать, что вещество во Вселенной в ходе её расширения прошло все стадии от плотностей ~ 1093г/см? До сегодняшней средней плотности, не превосходящей 10 –29г/см?. Означает, в далеком прошедшем Вселенной, когда плотность вещества была чудовещно велика, имелись предпосылки для возникновения темных дыр сколь угодно малых масс. На возможность их возникновения в первый раз указали Я.Б. Зельдович и И.Д. Новиков еще в шестидесятых годах. Отыскать столь малые образования в больших просторах космоса очень тяжело, и поэтому они еще не обнаружены. Сейчас различные методы поисков таковых темных дыр, получивших заглавие первичных,- предмет бессчетных исследований и дискуссий.
В начале 60-х годов нашего века были открыты необычные небесные тела – квазары.
В течении прошедших десятилетий выяснилось, что квазары – это особенно активные излучающие ядра огромных галактик. Частенько в них наблюдаются массивные движения газов. Сами звезды галактики вокруг таковых ядер традиционно не видны из-за большого расстояния и сравнимо слабого их свечения по сравнению со свечением квазара. Выяснилось так же, что ядра многих галактик напоминают собственного рода мелкие квазарчики и проявляют время от времени бурную активность – выброс газа, изменение яркости и т.Д., - Хотя и не такую мощную, как настоящие квазары. Даже в ядрах совершенно обыденных галактик, включая нашу свою, наблюдаются процессы, свидетельствующие о том, что и тут “работает” миниатюрное подобие квазара.
То, что в центре галактики может появиться огромная темная дыра, сейчас кажется естественным. В самом деле, газ, находящийся в галактиках меж звездами, равномерно под действием тяготения обязан оседать к центру, формируя большущее газовое скопление. Сжатие этого облака либо его части обязано привести к возникновению темной дыры. Не считая того, в центральных частях галактик находятся компактные звездные скопления, содержащие миллионы звезд. Звезды тут могут разрушаться приливными силами при близких прхождениях около уже появившейся темной дыры, а газ этих разрушенных звезд, двигаясь около темной дыры, потом попадает в нее.
Падение газа в сверхмассивную черную дыру обязано сопровождаться явлениями, схожими тем, о которых мы говорили в случае звездных темных дыр. Лишь тут обязано происходить ускорение заряженных частиц в переменных магнитных полях, которые приносятся к темной дыре совместно с падающим газом.
Все это совместно и приводит к явлению квазара и к активности галактических ядер.

ЗАКЛЮЧЕНИЕ.

темные дыры – совсем исключительные объекты, не похожие ни на что, известное до сих пор. Это не тела в обычном смысле слова и не излучение. Это дыры в пространстве и времени, возникающие из-за совсем мощного искривления пространства и конфигурации характера течения времени в стремительно нарастающем гравитационном поле.
темные дыры являются в неком смысле и совсем простыми объектами. Их характеристики никак не зависят от параметров сколлапсировавшего вещества, от всех сложностей строения вещества, его атомной структуры, находящихся в нем физических полей, не зависят от того, было ли вещество водородом либо железом и т.Д. При образовании темной дыры для внешнего наблюдающего все характеристики сколлапсировавшего тела как бы исчезают, они не влияют ни на границу темной дыры, ни на что другое во внешнем пространстве, остается лишь гравитационное поле, характеризуемое только двумя параметрами – массой и вращением. Этим определяются и форма темной дыры, и её размеры, и все другие её характеристики. Так что с полной определенностью можно сказать, что нет ничего проще темной дыры.
Но и нет ничего более сложного, чем темная дыра, - ведь человеческое воображение даже не в состоянии представить себе, до какой степени происходит искривленин пространства и изменение течения времени, что в них возникает дыра.

перечень ЛИТЕРАТУРЫ.

1. прошедшее и будущее Вселенной. Под ред. А.М. Черепащук, М., Наука, 1986г.
2. И.Новиков . темные дыры и Вселенная. М., “Молодая гвардия”, 1985г.
3. Дж.Нарликар. От темных туч к черным дырам. М., Энергоатомиздат, 1989г.
4. И.А.Климишин . Астрономия наших дней. М., Наука,1986г.
5. И.Николсон. Тяготение, темные дыры и Вселенная. М., Мир ,1983г.
6. Я.А. Смородинский. Температура. М., Наука, 1987г.
7. Энциклопедический словарь по физике.
8. Энциклопедический словарь молодого астронома.

1 К этому выводу можно придти, если пользоваться законом сохранения энергии в классической механике; энергия световой корпускулы массы m на поверхности тела массы M, равная mc?/2-GmM/Rg, обязана быть меньше нуля (её малой энергии на бесконечнрсти).
1 Поэтому само заглавие «черная дыра», введенное еще до открытия эффекта Хокинга, потеряло свой начальный смысл.
2 Физический вакуум (современный аналог понятия пустоты) – состояние, в котором отсутствуют настоящие частицы.
3 Горизонт событий – это поверхность сферы гравитационного радиуса
1 Это справедливо лишь в неквантовой теории тяготения: эффект Хокинга ведет к уменьшению поверхности, сопровождающемуся ростом энтропии, связанной с излучением.

2 Для простоты выписана только тепловая составляющая dE. Слагаемое, отвечающее работе, имеет для вращающегося заряженного тела вид ?dJ+?dQ, где ? – угловая скорость; ? – электрический потенциал. Точно такое же слагаемое возникает в выражении для конфигурации энергии вращающейся заряженной темной дыры.
1 Эта работа реализуется в виде массивного излучения электромагнитных и гравитационных волн.
1 Можно говорить, что фотоны, проваливаясь в черную дыру, получают отрицательную (потенциальную) энергию.
1 Отметим, что может иметь место и обратная ситуация, когда приобретение дополнительной информации о внутреннем состоянии системы может быть использовано для уменьшения её энтропии, т.Е. Для частичного её упорядочения. Конкретно на этом базирована наука об управлении. Соответствующие технические устройства – регуляторы – непременно имеют особый орган для извлечения информации о регулируемой системе.


 
Еще рефераты и курсовые из раздела
Солнце и звёзды
Звёзды. Что такое звезда. Они восходили над динозаврами, над Великим Оледенением, над строящимися египетскими пирамидами. Одни и те же звёзды указывали путь финикийским...

Меркурий
Диаметр 4878 км. Масса 3,28*1023 кг. Плотность 5500 кгм3. Период вращения 58,7 суток. Среднее расстояние от Солнца 0,39 а.Е. Период обращения 88суток. Эксценриситет...

Стационарная модель Вселенной
Министерство Образования русской Федерации русский государственный институт инновационных технологий и предпринимательства Северный филиал. Доклад по КСЕ на тему:...

Система пожаротушения внутри мотора ССП-2А. ССП-7 самолета -АН12 А
СОДЕРЖАНИЕ: Введение 1.Система сигнализации пожара ССП-2А ССП-7 Общие сведения о системе 2.главные технические данные ССП-7 и ССП-2А 3.Автоматическое управление...

Пьер Симон Лаплас. Возникновение небесной механики
Санкт-Петербургский Государственный институт Математико-Механический факультетРеферат по «Истории механики» на тему: Пьер Симон Лаплас. Возникновение небесной...