Astronet > 14. Belye dyry i rozhdenie chastic

po tekstam po klyuchevym slovam v glossarii po saitam perevod po katalogu

Kosmicheskie rubezhi teorii otnositel'nosti

<< 12. Geometriya resheniya Kerra | Oglavlenie | Slovar' terminov >>

14. Belye dyry i rozhdenie chastic

Vozmozhnost' sushestvovaniya v kosmose chernyh dyr - eto odno iz samyh zamechatel'nyh predskazanii teoreticheskoi fiziki XX v. Mysl' o tom, chto chernye dyry dolzhny sushestvovat' real'no, yavlyaetsya pryamym vyvodom iz sovremennyh predstavlenii ob evolyucii zvezd. Umiraya, massivnye zvezdy katastroficheski szhimayutsya (kollapsiruyut) - kak by vzryvayutsya vnutr' - i porozhdayut oblast', v kotoroi tyagotenie nastol'ko sil'no, chto ottuda ne mozhet vyiti nichto - dazhe svet.

Pri analize harakteristik chernyh dyr, vyvedennyh iz teorii, bylo otmecheno, chto vse eti dyry dolzhny obladat' massoi. Vdobavok k masse oni mogut obladat' takzhe zaryadom i (ili) momentom kolichestva dvizheniya. Voobshe govorya, chernaya dyra, kotoraya mozhet sushestvovat' real'no, imeet, veroyatno, nichtozhno malyi zaryad, no vrashaetsya ochen' bystro. Poetomu takuyu dyru horosho opisyvaet reshenie Kerra.

Iz opisannogo vyshe teoreticheskogo analiza sleduet, chto polnaya geometricheskaya struktura dazhe ideal'noi chernoi dyry chrezvychaino slozhna. Ved' v global'noi strukture prostranstva-vremeni dyry ob'edineno mnozhestvo Vselennyh - eto vidno iz diagramm Penrouza. V sluchae prosteishei chernoi dyry, kotoraya harakterizuetsya tol'ko massoi (eto shvarcshil'dovskaya chernaya dyra, predstavlennaya na ris. 9.11 i 9.18), pomimo nashei sobstvennoi Vselennoi sushestvuet eshe odna, inaya. Vvidu prostranstvennopodobnogo haraktera shvarcshil'dovskoi singulyarnosti v etu druguyu Vselennuyu nevozmozhno proniknut' iz nashei Vselennoi, esli pol'zovat'sya lyubymi dopustimymi (vremennopodobnymi) mirovymi liniyami. Odnako, kak tol'ko u dyry budet libo zaryad, libo vrashenie, singulyarnost' stanovitsya vremenno-podobnoi, i polnaya geometricheskaya struktura reshenii Raisnera-Nordstrema ili Kerra ob'edinyaet beskonechno bol'shoe chislo Vselennyh proshlogo i budushego (sm. ris. 10.10 i 11.14). Svoistvo reshenii Kerra i Raisnera-Nordstrema vklyuchat' mnozhestvo Vselennyh privodit k porazitel'noi vozmozhnosti gipoteticheskih puteshestvii v chernye dyry, a iz nih - vo Vselennye budushego, chto my obsuzhdali v gl. 12. Tem samym poyavlyaetsya vozmozhnost' mashiny vremeni!

š"Drugie" Vselennye, poyavivshiesya na diagramme Penrouza, mozhno istolkovat' raznymi sposobami. Odin sposob - eto skazat', chto na samom dele eto raznye, otdel'nye Vselennye, voobshe nikak ne svyazannye s nashei Vselennoi. Stol' zhe priemlema i drugaya traktovka: ryad etih "drugih" Vselennyh na samom dele yavlyayutsya variantami nashei sobstvennoi Vselennoi, no otnesennymi k inoi epohe. Inymi slovami, teoreticheski ne isklyucheno, chtoby odna iz "drugih" Vselennyh na diagramme Penrouza byla nashei Vselennoi, skazhem, milliard let nazad, kak eto pokazano na ris. 14.1. Smel'chak-kosmonavt mog by, pokinuv Zemlyu seichas i nyrnuv v chernuyu dyru, vynyrnut' v nashei zhe Vselennoi v proshlom. Eto - puteshestvie vo vremeni.

Ris. 14.1. Mashina vremeni. Esli ta ili inaya Vselennaya na diagramme Penrouza - eto v deistvitel'nosti nasha Vselennaya v bolee rannie momenty vremeni, to kosmonavt mozhet, vyletev seichas s Zemli, vernut'sya na Zemlyu v proshlom, proidya cherez chernuyu dyru.

Analogichno kakaya-to drugaya Vselennaya na diagramme Penrouza mogla by na samom dele byt' nashei sobstvennoi Vselennoi v ochen' dalekom budushem. Togda nash kosmonavt mog by, uletev s Zemli, vernut'sya na nee cherez milliardy let v budushem, prosto-naprosto otpravivshis' v sootvetstvuyushuyu Vselennuyu na Diagramme Penrouza.

Hotya na ris. 14.1 izobrazhena diagramma Penrouza dlya kerrovskoi chernoi dyry (s singulyarnostyami, oboznachennymi punktirom, i otricatel'nymi Vselennymi), te zhe v obshem harakteristiki svoistvenny i chernoi dyre Raisnera-Nordstrema. V lyubom sluchae, istolkovyvaya ryad drugih Vselennyh kak inye varianty nashei sobstvennoi Vselennoi v raznye vremena, my mogli by puteshestvovat' v proshloe i v budushee.

V obshem-to mysl' o vozmozhnosti sushestvovaniya mashiny vremeni uchenym ne po dushe. Ved' togda mogli by proishodit' poistine chudovishnye veshi. Predstavim sebe, naprimer, kosmonavta, vyletevshego s Zemli i nyrnuvshego vo vrashayushuyusya ili zaryazhennuyu chernuyu dyru. Nemnogo prostranstvovav tam, on obnaruzhit Vselennuyu, yavlyayushuyusya ego zhe sobstvennoi, tol'ko na 10 min bolee rannei vo vremeni. Voidya v etu bolee rannyuyu Vselennuyu, on obnaruzhit, chto vse obstoit tak, kak bylo za neskol'ko minut do ego otpravleniya. On mozhet dazhe vstretit' samogo sebya, polnost'yu gotovogo k posadke v kosmicheskii korabl' (ris. 14.2). Vstretiv samogo sebya, on mozhet rasskazat' sebe zhe, kak on slavno poputeshestvoval. Zatem, vdvoem s samim soboi, on mozhet sest' v ozhidayushii kosmicheskii korabl', i on (ili pravil'nee skazat': oni? ...) mozhet (vdvoem!) snova povtorit' tot zhe polet!

Ris. 14.2. Narushenie principa prichinnosti. Vernuvshis' v svoyu sobstvennuyu Vselennuyu nemnogo ran'she vremeni svoego otpravleniya, kosmonavt mozhet vstretit' samogo sebya, sadyashegosya v kosmicheskii korabl'. Eto - narushenie principa prichinnosti !

Opisannoe puteshestvie - naglyadnoe svidetel'stvo togo, kak mashina vremeni narushaet princip prichinnosti. Princip prichinnosti svoditsya, po sushestvu, k prostomu utverzhdeniyu, chto sledstvie byvaet posle prichiny. Esli u vas v komnate vnezapno zazhglas' lampochka, to rezonno predpolozhit', chto kto-to dolei sekundy ran'she shelknul vyklyuchatelem. I bylo by absurdnym dumat', chto lampochka mozhet zazhech'sya seichas potomu, chto kto-to cherez desyat' let, v budushem, povernet vyklyuchatel'. Sama mysl' o tom, chto sledstviya mogut proishodit' do ih prichin, otvergaetsya chelovecheskim umom.

Poetomu sushestvuyut dve vozmozhnosti. Pervaya: vozmozhno, prichinnost' narushaetsya? Eto oznachalo by, chto fizicheskaya deistvitel'nost' irracional'na na samom fundamental'nom urovne, t. e. mir absolyutno bezumen, a kazhushayasya ego racional'nost' - chisto voobrazhaemaya, iskusstvenno vlozhennaya v um cheloveka. Mozhet byt', uchenye uverovali v prichinnost', nadeyas' ponyat' mir, kotoryi voobshe nepoznavaem?...

Vtoraya vozmozhnost': diagrammy Penrouza - ne poslednyaya instanciya v postizhenii istiny. Mozhet byt', deistvuyut kakie-to dopolnitel'nye, fizicheskie effekty, predotvrashayushie vozmozhnost' puteshestviya v drugie Vselennye. Mozhet byt', diagrammy Penrouza - eto takaya idealizaciya, kotoraya ne opisyvaet nichego, mogushego sushestvovat' real'no.

Diagrammy Kruskala-Sekeresha i Penrouza byli sozdany dlya togo, chtoby polnee i naglyadnee ponyat' geometriyu prostranstva-vremeni chernoi dyry. S pomosh'yu etih diagramm udaetsya ponyat' mnogie svoistva chernyh dyr. Pomimo togo, eti diagrammy predskazyvayut koe-chto novoe. Naprimer, na ris. 14.3 izobrazhena diagramma Kruskala-Sekeresha dlya shvarcshil'dovskoi chernoi dyry. Vse kak polagaetsya - veshestvo iz nashei Vselennoi padaet skvoz' gorizont sobytii vnutr' i stalkivaetsya s singulyarnost'yu. No predpolozhim, chto vblizi singulyarnosti proshlogo uzhe byli veshestvo i izluchenie. Togda s techeniem vremeni eti veshestvo i izluchenie vyidut iz-pod gorizonta sobytii, nahodyashegosya v proshlom, i pereidut v nashu Vselennuyu. Eto i est' belaya dyra, izobrazhennaya na ris. 14.4.


Ris. 14.3. Chernaya dyra. V sluchae shvarcshil'dovskoi chernoi dyry vse padayushee na nee veshestvo i izluchenie prohodyat cherez gorizont sobytii i razrushayutsya, popadaya v singulyarnost'.		Ris. 14.4. Belaya dyra. Mozhno predstavit' sebe, kak veshestvo i izluchenie v oblasti prostranstva-vremeni vblizi singulyarnosti proshlogo mogut vyiti v nashu Vselennuyu. Imenno eto i privodit k effektu beloi dyry.

Ris. 14.5. Seraya dyra. Analogichno ris. 14.4 veshestvo iz oblasti vblizi singulyarnosti proshlogo mozhet vyrvat'sya v nashu Vselennuyu, no lish' zatem, chtoby snova upast' v dyru i vstretit'sya s singulyarnost'yu budushego.

Predstavim sebe teper' veshestvo, vybrasyvaemoe iz oblasti vblizi singulyarnosti proshlogo, podnimayusheesya na nekotoruyu vysotu nad chernoi dyroi, a zatem padayushee opyat' na nee. Kak pokazano na ris. 14.5, diagramma Kruskala-Sekeresha v principe dopuskaet takoi process, poskol'ku mirovye linii veshestva povsyudu vremennopodobny. Ob'ekt s takim povedeniem imenuetsya seroi dyroi.

Esli predstavlenie o chernoi dyre poyavilos' iz issledovaniya evolyucii zvezd, to ideya o seroi dyre ili beloi voznikla chisto matematicheski v svyazi s resheniem Shvarcshil'da. No sleduet li nam prinyat' na veru vozmozhnost' real'nogo sushestvovaniya vo Vselennoi - naryadu s mashinami vremeni - belyh dyr i seryh dyr?

Predstavim sebe umirayushuyu massivnuyu zvezdu, pri kollapse kotoroi obrazuetsya chernaya dyra. Pervonachal'no singulyarnosti ne bylo; otsutstvoval i gorizont sobytii. Poetomu ni singulyarnosti proshlogo, ni gorizonta sobytii v proshlom byt' ne moglo. Imeyutsya tol'ko gorizont sobytii v budushem i singulyarnost' budushego, tak kak chernaya dyra formiruetsya v budushem-posle smerti zvezdy. Inymi slovami, kak pokazano na ris. 14.6, oblast', zanyataya veshestvom zvezdy, "vyrezaet" znachitel'nuyu chast' diagrammy Kruskala-Sekeresha. I tol'ko vyshe poverhnosti zvezdy prostranstvo-vremya dostatochno verno opisyvaetsya resheniem Shvarcshil'da. Poetomu, esli eto reshenie primenyat' s uchetom realisticheskih ogranichenii, seryh i belyh dyr sushestvovat' ne dolzhno. U kollapsiruyushei zvezdy, prevrashayusheisya v shvarcshil'dovskuyu chernuyu dyru, poprostu net singulyarnosti proshlogo ili gorizonta sobytii v proshlom. Net i "drugoi Vselennoi".


Ris. 14.6. Obrazovanie chernoi dyry. Kogda umirayushaya zvezda kollapsiruet, obrazuya shvarcshil'dovskuyu chernuyu dyru, bol'shaya chast' diagrammy Kruskala - Sekeresha "vyrezaetsya" veshestvom zvezdy.		Ris. 14.7. Kerrovskaya belaya dyra. Pri obrazovanii vrashayusheisya chernoi dyry v nashei Vselennoi mogla by poyavit'sya i belaya dyra v drugoi Vselennoi.

No hotya analiz processov, proishodyashih pri umiranii zvezd, isklyuchaet vozmozhnost' obrazovaniya shvarcshil'dovskih kak seryh, tak i belyh dyr, trudnosti eshe ne ischerpany. Kak uzhe neodnokratno otmechalos', real'nye zvezdy vrashayutsya, a sledovatel'no, iz nih dolzhny voznikat' kerrovskie chernye dyry. Polnaya struktura prostranstva-vremeni kerrovskoi chernoi dyry predstavlena na diagramme Penrouza, gde singulyarnosti vremennopodobny. Esli predstavit' sebe, chto real'naya zvezda kollapsiruet, obrazuya kerrovskuyu chernuyu dyru, to iz rassmotreniya vypadut bol'shie uchastki prostranstva-vremeni, kotorye nahodyatsya nad poverhnost'yu zvezdy. I vse zhe, kak vidno iz ris. 14.7, podobnaya zvezda, dayushaya chernuyu dyru v odnoi Vselennoi, mozhet proyavlyat'sya kak belaya dyra v drugoi Vselennoi. Vsledstvie vremennopodobnogo haraktera singulyarnosti zvezda mozhet, kollapsiruya v odnoi Vselennoi, rasshiryat'sya v druguyu Vselennuyu. Poetomu predstavlyaetsya, chto reshenie Kerra (kak i reshenie Raisnera-Nordstrema, takzhe imeyushee vremennopodobnye singulyarnosti) dopuskaet vozmozhnost' sushestvovaniya belyh dyr.

Predstavlenie o shvarcshil'dovskih belyh dyrah bylo vozrozhdeno v seredine 1960-h godov sovetskim uchenym I. D. Novikovym. Hotya shvarcshil'dovskie belye dyry ne mogut obrazovat'sya pri smerti zvezd, oni mogut byt', po mysli Novikova, svyazany s rozhdeniem nablyudaemoi nami Vselennoi. Bol'shinstvo astronomov schitayut, chto nachalo Vselennoi opredelilos' chudovishnym vzryvom pervichnogo beskonechno plotnogo sostoyaniya. Inache govorya, vsya Vselennaya, nablyudaemaya nami, dolzhna byla predstavlyat' soboi odnu gigantskuyu singulyarnost', kotoraya po neizvestnoi nam prichine vdrug vzorvalas'. Dopustim, chto kakie-to otdel'nye oblasti ne prinyali uchastiya v etom vseobshem rasshirenii Vselennoi, inymi slovami, po kakoi-to prichine nebol'shoi "kusochek" pervichnoi singulyarnosti sumel sohranit'sya, ne rasshiryayas', v techenie ochen' dlitel'nogo vremeni. Kogda zhe podobnyi "otstalyi element" nachal, nakonec, rasshiryat'sya, on dolzhen proyavlyat' vse svoistva beloi dyry. Takoi otstalyi element - v bukval'nom smysle kusochek singulyarnosti proshlogo (Bol'shogo Vzryva), iz kotoroi v nashu Vselennuyu vtorglis' veshestvo i izluchenie. Mysl' o tom, chto malen'kie kusochki Bol'shogo Vzryva mogli sohranit'sya v techenie dlitel'nogo vremeni, privela Novikova k predpolozheniyu o vozmozhnosti sushestvovaniya shvarcshil'dovskih belyh dyr.

Problema shvarcshil'dovskih belyh dyr rassmatrivalas' D. M. Erdli v Kaliforniiskom tehnologicheskom institute v nachale 1970-h godov. Erdli ponimal, chto esli ot Bol'shogo Vzryva i sohranilis' "otstalye" elementy, to oni dolzhny vyglyadet' kak kusochki singulyarnosti proshlogo, a poetomu ih dolzhen okruzhat' gorizont sobytii v proshlom (ris. 14.8).

Ris. 14.8. "Spyashii zarodysh". Esli "kusochek" Bol'shogo Vzryva ne stal rasshiryat'sya vmeste so vsei Vselennoi, to on mog by proyavit' sebya pozdnee v vide shvarcshil'dovskoi beloi dyry.

Ris. 14.9. Smert' beloi dyry. Esli by mogla sushestvovat' potencial'naya belaya dyra - "spyashii zarodysh", ostavshiisya ot Bol'shogo Vzryva, - to ona sobrala by na sebe stol'ko sveta, chto obrazovalas' by chernaya dyra. Tak potencial'naya belaya dyra prevratilas' by za ochen' korotkoe vremya v chernuyu dyru.

No chto nam izvestno o gorizonte sobytii? V obychnyh chernyh dyrah gorizont sobytii sootvetstvuet ostanovke vremeni s tochki zreniya udalennogo nablyudatelya. Dlya takogo nablyudatelya svet, prihodyashii iz okrestnostei gorizonta sobytii, ispytyvaet sil'neishee krasnoe smeshenie. Grubo govorya, svet iz okrestnostei gorizonta sobytii zatrachivaet ochen' mnogo energii, vybirayas' iz oblasti sil'nogo gravitacionnogo polya, okruzhayushego obychnuyu chernuyu dyru. Obratno, esli svet padaet v chernuyu dyru, on dolzhen priobretat' mnogo energii. Padayushii vnutr' dyry svet dolzhen ispytyvat' sil'noe fioletovoe smeshenie.

Predstavim sebe na mgnovenie ochen' rannii etap evolyucii Vselennoi. Esli Bol'shoi Vzryv deistvitel'no imel mesto, to Vselennaya pervonachal'no dolzhna byt' chrezvychaino goryachei. Pri chudovishnyh temperaturah v trilliony gradusov Vselennaya dolzhna byla zapolnyat'sya moshneishim izlucheniem. Esli ot Bol'shogo Vzryva ostalis' "spyashie zarodyshi", to takoe izluchenie (a ono uzhe bylo ochen' sil'nym) dolzhno podvergat'sya sil'neishemu fioletovomu smesheniyu pri padenii na gorizont

sobytii, okruzhayushii eti zarodyshi. Vokrug kazhdogo "spyashego zarodysha" nakaplivalos' grandioznoe kolichestvo kraine moshnogo izlucheniya. Inache govorya, na diagramme Penrouza svet, idushii ot J--, sobiraetsya vblizi gorizonta sobytii proshlogo, obrazuya fioletovyi sloi. Cherez ochen' korotkoe vremya v fioletovom sloe sobiraetsya tak mnogo sveta, chto ego energiya (i svyazannaya s nei massa) sama nachinaet sil'no iskrivlyat' prostranstvo-vremya. Soglasno raschetam Erdli, svet, sobirayushiisya vokrug "spyashih zarodyshei", nastol'ko sil'no iskrivlyaet prostranstvo-vremya, chto vokrug potencial'noi beloi dyry obrazuetsya chernaya dyra. Kak pokazano na ris. 14.9, pri etom obrazuyutsya gorizont sobytii v budushem i singulyarnost'. Takoe prevrashenie potencial'noi beloi dyry v chernuyu dyru proishodit primerno za 1/1000 s. Znachit, esli kakie-libo "spyashie zarodyshi" i sushestvovali, oni dolzhny byli prevratit'sya v chernye dyry vskore posle rozhdeniya nashei Vselennoi.

Raschety Erdli nadezhno "zakryli" vozmozhnost' sushestvovaniya v prirode shvarcshil'dovskih belyh dyr. No chto mozhno skazat' o belyh dyrah Raisnera-Nordstrema ili o kerrovskih belyh dyrah? Hotya detal'nye raschety eshe ne prodelany, soobrazheniya Erdli zdes' takzhe ostayutsya v sile. Chtoby mogla poyavit'sya odna iz takih bolee slozhnyh belyh dyr, dolzhno sushestvovat' i neskol'ko vnutrennih i vneshnih gorizontov sobytii, cherez kotorye veshestvo mozhet perehodit' iz odnoi Vselennoi v druguyu, sleduyushuyu. Pri analize diagrammy Penrouza dlya zaryazhennoi ili vrashayusheisya chernoi dyry netrudno videt', chto gorizont sobytii v budushem dlya odnoi Vselennoi yavlyaetsya odnovremenno gorizontom sobytii v proshlom dlya drugoi Vselennoi. Gorizont sobytii, skvoz' kotoryi veshestvo "provalivaetsya" v chernuyu dyru v odnoi Vselennoi, - eto odnovremenno i gorizont sobytii, cherez kotoryi veshestvo izvergaetsya iz chernoi dyry v sleduyushuyu Vselennuyu. Znachit, esli sushestvuyut belye dyry Raisnera-Nordstrema ili Kerra, to u nih dolzhny byt' gorizonty sobytii v proshlom. A esli belaya dyra v kakoi-to Vselennoi obladaet gorizontom sobytii v proshlom, to s samogo rozhdeniya etoi Vselennoi vblizi gorizonta budet sobirat'sya svet. Takoi gorizont dolzhen porodit' fioletovyi sloi. V soglasii s dovodami Erdli, sveta dolzhno sobrat'sya stol'ko, chto skopivshayasya v fioletovom sloe energiya sdelaet gorizont sobytii neustoichivym. V rezul'tate poverh potencial'noi beloi dyry sformiruetsya chernaya dyra, a poluchivshayasya singulyarnost' poglotit vse okruzhayushee! Hotya detal'nye raschety eshe zhdut svoego ispolnitelya, predstavlyaetsya vpolne razumnym pred; polozhenie, chto v diagramme Penrouza dlya real'noi zaryazhennoi ili vrashayusheisya chernoi dyry obrazuetsya prostranstvennopodobnaya singulyarnost', kotoraya otrezhet vse Vselennye budushego.

Vopros tol'ko v tom, naskol'ko bystro etoi proizoidet. Otvetit' na nego mozhno, esli znat', naskol'ko bystro v fioletovom sloe vdol' gorizonta sobytii, otkrytogo v beskonechnost' J-- nekotoroi konkretnoi Vselennoi, skaplivaetsya svet. Esli te fiziki, kotorym po dushe mysl' o belyh dyrah, poprobuyut utverzhdat', chto vyzvannaya fioletovym sloem neizbezhnaya neustoichivost' obrazuetsya medlenno, to im pridetsya imet' delo s trudnost'yu sovershenno novogo svoistva, kasayusheisya veshestva i antiveshestva.

Ris. 14.10. rozhdenie pary. Gamma-luchi vysokoi energii sposobny porozhdat' pary chastic i antichastic (naprimer, elektron i pozitron ili proton i antiproton). Veshestvo i antiveshestvo vsegda voznikayut v odinakovyh kolichestvah.

Nauka uzhe v techenie mnogih let znaet o sushestvovanii antiveshestva. Vpervye ono bylo otkryto v livnyah kosmicheskih luchei, a teper' antichasticy vseh vidov regulyarno poluchayut pri laboratornyh eksperimentah po yadernoi fizike. Fizikam-yadershikam proshe vsego sozdat' veshestvo i antiveshestvo s pomosh'yu gamma-luchei vysokoi energii. Na ris. 14.10 pokazano, kak v opredelennyh usloviyah gamma-kvant mozhet samoproizvol'no prevratit'sya v chasticu i antichasticu veshestva. Etot process vozmozhen, esli gamma-kvant obladaet dostatochno bol'shoi energiei - bol'shei, chem energiya (v tom chisle svyazannaya s massoi) rozhdennyh chastic. V ponyatii antiveshestv net nichego tainstvennogo. V podobnom processe rozhdeniya par vsegda v odinakovyh kolichestvah voznikayut chasticy i antichasticy.

Izuchaya rozhdenie par, fiziki-teoretiki obnaruzhili, chto lishennoe chastic prostranstvo - vakuum - ochen' udobno predstavlyat' sebe zapolnennym voobrazhaemymi, ili virtual'nymi, parami chastic. Naprimer, tochku v pustom prostranstve mozhno predstavit' v vide virtual'nogo elektrona, "sidyashego" na voobrazhaemom pozitrone. Druguyu tochku mozhno myslit' v vide voobrazhaemogo protona, "sidyashego" na voobrazhaemom antiprotone. V kazhdom podobnom sluchae vliyanie virtual'noi chasticy polnost'yu kompensiruetsya vliyaniem virtual'noi antichasticy. Odnako, kogda padayushii izvne moshnyi gamma-kvant soudaryaetsya s virtual'noi paroi, eti voobrazhaemye chasticy mogut poglotit' iz nego stol'ko energii, chto massa-energiya izlucheniya pereidet v massu-energiyu veshestva soglasno znamenitoi formule E=mc², i eti chasticy poyavlyayutsya v real'nom mire. Poetomu process rozhdeniya par mozhno ponimat' kak pogloshenie virtual'nymi parami chastic energii, kotoraya ih prevrashaet v real'nye. Predstavlenie o tom, chto pustoe prostranstvo sostoit iz virtual'nyh par, sposobnyh stat' real'nymi, okazalos' ves'ma poleznym v yadernoi fizike.

Zadumaites' na minutu o tom, chto proishodit vblizi prostranstvenno-vremennoi singulyarnosti v chernoi dyre. V singulyarnosti iskrivlenie prostranstva-vremeni beskonechno sil'no, a eto privodit k beskonechno sil'nym prilivnym napryazheniyam. Vse, chto padaet na singulyarnost', razryvaetsya na chasti etimi nepreodolimymi napryazheniyami: v neposredstvennoi blizosti ot singulyarnosti prilivnye sily chudovishno veliki. Vblizi singulyarnosti vsegda mozhno otyskat' takuyu tochku, v kotoroi prilivnye sily dostatochno veliki, chtoby razrushit' lyuboi napered vzyatyi ob'ekt. Rassmotrim, v chastnosti, pustoe prostranstvo (vakuum) na rasstoyanii v doli millimetra vblizi singulyarnosti. Hotya eto prostranstvo i pustoe, ego mozhno predstavit' sebe kak soderzhashee virtual'nye pary chastic i antichastic. Sovsem ryadom s singulyarnost'yu prilivnye sily okazhutsya nastol'ko sil'nymi, chto otorvut drug ot druga chasticy i antichasticy v virtual'nyh parah. Tyagotenie okazhetsya nastol'ko sil'nym, chto virtual'nye elektrony otorvutsya ot virtual'nyh pozitronov, a virtual'nye protony - ot virtual'nyh antiprotonov. Raschety pokazyvayut, chto process razryvaniya virtual'nyh par okazyvaetsya nastol'ko moshnym, chto kazhdaya virtual'naya chastica poluchaet energiyu, dostatochnuyu dlya togo, chtoby prevratit'sya v real'nuyu! Prilivnye sily beskonechno sil'no iskrivlennogo prostranstva-vremeni vblizi singulyarnosti bukval'no rvut na chasti prostranstvo-vremya, porozhdaya pri etom veshestvo i antiveshestvo. Takim obrazom, iz singulyarnosti izvergayutsya potoki veshestva i antiveshestva! Podobno tomu kak moshnyi gamma-kvant porozhdaet chasticy i antichasticy, moshnoe gravitacionnoe pole vblizi singulyarnosti tozhe porozhdaet chasticy i antichasticy.

Esli singulyarnost' prostranstvennopodobna i nahoditsya v budushem, to chasticam i antichasticam nekuda iz nee devat'sya. Odnako kak pokazano na ris. 14.11, esli singulyarnost' vremennopodobna ili nahoditsya v proshlom, to veshestvo i antiveshestvo mogut uiti ot nee: sushestvuyut takie vremennopodobnye mirovye linii, vdol' kotoryh uskol'zayut rozhdennye chasticy i antichasticy.

Ris. 14.11. Rozhdenie par vblizi singulyarnosti. Chudovishnye prilivnye sily vblizi singulyarnosti bukval'no razryvayut na chasti prostranstvo-vremya, privodya tem samym k rozhdeniyu par chastic i antichastic. Voznikayushie pary mogut uhodit' ot singulyarnosti, esli ona vremennopodobna ili esli ona prostranstvennopodobna i nahoditsya v proshlom.

Predskazanie etogo zamechatel'nogo yavleniya, vpervye sdelannoe v blestyashih teoreticheskih rabotah Stivena U. Houkinga, privodit k ryadu vazhnyh vyvodov. Esli v shvarcshil'dovskoi dyre mogla vozniknut' singulyarnost' proshlogo, to ona vskore "razorvala" by okolo sebya prostranstvo-vremya i zapolnila dyru veshestvom i antiveshestvom. V dyrah Raisnera-Nordstrema i Kerra, gde singulyarnosti vremennopodobny, porozhdaemye imi pary takzhe smogli by uiti ot singulyarnosti. Takoi process rozhdeniya par poetomu bystro zapolnil by diagrammu Penrouza dlya zaryazhennyh i vrashayushihsya dyr.

Itak, pridetsya ostavit' nadezhdy! Chtoby puteshestviya v drugie Vselennye okazalis' vozmozhnymi, singulyarnosti dyry dolzhny byt' vremennopodobnymi. Chtoby sushestvovali belye dyry, singulyarnosti dolzhny nahodit'sya gde-to v proshlom. Vo vseh podobnyh sluchayah takie singulyarnosti privedut k rozhdeniyu ogromnogo kolichestva veshestva i antiveshestva, kotoroe bystro zapolnit dyry, tem samym isklyuchaya vozmozhnost' vseh chereschur neobychnyh yavlenii. Neustoichivost' fioletovyh sloev i rozhdenie par vblizi singulyarnosti ustranyayut bol'shuyu chast' detalei kartiny na diagramme Penrouza. Hotya eshe ne bylo prodelano podrobnyh raschetov, diagramma Penrouza dlya real'noi vrashayusheisya ili zaryazhennoi chernoi dyry, veroyatno, vyglyadit tak, kak na ris. 14.12.

Ris. 14.12. Diagramma Penrouza dlya real'noi chernoi dyry. Rozhdenie par vblizi singulyarnosti i neustoichivost' golubyh sloev sovmestno privodyat k otbrasyvaniyu bol'shei chasti idealizirovannoi diagrammy Penrouza. Po-vidimomu, obrazuetsya lish' singulyarnost' budushego, kotoraya v obshem prostranstvennopodobna, chto isklyuchaet vozmozhnost' mashiny vremeni ili puteshestviya v drugie Vselennye.

Izlozhennye teoreticheskie rezul'taty serediny 1970-h godov mogut byt' vosprinyaty kak zhestokoe razocharovanie kazhdym; kto lyubit pofantazirovat' o mashinah vremeni i kosmicheskih puteshestviyah v drugie Vselennye. No chasto nauchnoe otkrytie, oprokidyvayushee odin krug idei, daet nachalo sovershenno novym predstavleniyam. I deistvitel'no, kak my uvidim v zaklyuchitel'noi glave, process rozhdeniya par v sil'nyh gravitacionnyh polyah privodit k tomu, chto nekotorye tipy chernyh dyr dolzhny isparyat'sya i vzryvat'sya!

<< 12. Geometriya resheniya Kerra | Oglavlenie | Slovar' terminov >>

Mneniya chitatelei [25]

Versiya dlya pechati

Astrometriya - Astronomicheskie instrumenty - Astronomicheskoe obrazovanie - Astrofizika - Istoriya astronomii - Kosmonavtika, issledovanie kosmosa - Lyubitel'skaya astronomiya - Planety i Solnechnaya sistema - Solnce