호킹 방사선: 더 이상 미스터리는 없습니다. 호킹 방사선 : 호킹 입자 이론의 개념, 특성 및 문제점

호킹복사(Hawking Radiation)는 다양한 소립자가 방출되는 과정으로, 영국의 과학자 스티븐 호킹(Stephen Hawking)이 1974년에 이론적으로 설명한 것이다.

Stephen Hawking의 작품이 출판되기 오래 전에 소련의 이론 물리학자인 Vladimir Gribov는 다른 과학자 Yakov Zeldovich와의 토론에서 블랙홀에서 입자 복사의 가능성을 표현했습니다.

1973년 30세의 스티븐 호킹(Stephen Hawking)은 블랙홀 근처의 소립자의 거동을 연구하던 중 모스크바를 방문했습니다. 수도에서 그는 두 명의 뛰어난 소련 과학자인 Alexei Starobinsky와 Yakov Zeldovich와 함께 과학 토론에 참여할 수 있었습니다. Gribov의 아이디어를 한동안 연구한 후 그들은 터널링 효과로 인해 블랙홀이 방출될 수 있다는 결론에 도달했습니다. 후자는 양자 물리학의 관점에서 입자가 모든 장벽을 극복할 수 있는 확률이 있음을 의미합니다. 이 주제에 관심을 갖게 된 호킹은 이 문제를 자세히 연구하여 1974년에 자신의 연구 결과를 발표했으며 나중에 언급된 방사선에 그의 이름을 따서 명명했습니다.

스티븐 호킹은 블랙홀에서 입자가 방출되는 과정을 다소 다르게 설명했습니다. 이러한 방사선의 근본 원인은 소위 "가상 입자"입니다.

입자 간의 상호 작용을 설명하는 과정에서 과학자들은 입자 간의 상호 작용이 특정 양자(일부 물리량의 "부분") 교환을 통해 발생한다는 아이디어에 도달했습니다. 예를 들어, 전자와 양성자 사이의 원자 내 전자기 상호작용은 광자(전자기 상호작용의 전달자) 교환을 통해 발생합니다.

그러나 다음 문제가 발생합니다. 이 전자를 자유 입자로 간주하면 에너지 보존 원리에 따라 단순히 광자를 방출하거나 흡수할 수 없습니다. 즉, 그는 단순히 에너지를 잃거나 얻을 수 없습니다. 그런 다음 과학자들은 소위 "가상 입자"를 만들었습니다. 후자는 너무 빨리 태어나고 사라지기 때문에 등록이 불가능하다는 점에서 실제 것과 다릅니다. 가상 입자가 짧은 수명 동안 수행할 수 있는 작업은 에너지를 전달하지 않고 다른 입자에 운동량을 전달하는 것뿐입니다.

따라서 일부 물리적 변동(표준에서 무작위로 벗어나는 현상)으로 인해 빈 공간조차도 끊임없이 생성되고 파괴되는 이러한 가상 입자로 가득 차 있습니다.

호킹 방사선

소련의 물리학자들과 달리 스티븐 호킹의 복사에 대한 설명은 양자장 이론의 필수적인 부분인 추상적이고 가상적인 입자에 기반을 두고 있습니다. 영국의 한 이론 물리학자는 블랙홀에서 이러한 가상 입자가 자발적으로 출현하는 것을 관찰하고 있습니다. 이 경우 블랙홀의 강력한 중력장은 가상 입자가 파괴되기 전에도 가상 입자를 "당겨서" 실제 입자로 바꿀 수 있습니다. 과학자들이 일정량의 에너지를 소비하면서 이러한 입자를 분리하는 싱크로파소트론에서도 유사한 과정이 실험적으로 관찰됩니다.

물리학의 관점에서 볼 때, "무로부터" 빈 공간에서 질량, 스핀, 에너지 및 기타 특성을 가진 실제 입자의 출현은 에너지 보존 법칙에 위배되므로 단순히 불가능합니다. 따라서 가상 입자를 실제 입자로 "변환"하려면 잘 알려진 법칙에 따라 이 두 입자의 총 질량 이상의 에너지가 필요합니다. 블랙홀은 또한 사건의 지평선에 있는 가상 입자를 끌어당기기 위해 이 정도의 에너지를 소비합니다.

당기는 과정의 결과로 사건의 지평선에 더 가깝거나 그 아래에 위치한 입자 중 하나가 실제 입자로 "변환"되어 블랙홀을 향하게 됩니다. 다른 하나는 반대 방향으로 우주 공간을 통해 자유로운 항해를 시작합니다. 수학적 계산을 수행하면 블랙홀 표면에 떨어지는 입자로부터 받은 에너지(질량)에도 불구하고 블랙홀이 끌어당겨지는 과정에서 소비한 에너지는 음수라는 것을 확신할 수 있습니다. 즉, 궁극적으로 설명된 과정의 결과로 블랙홀은 일정량의 에너지만 손실했으며, 이는 또한 "외부"로 날아간 입자가 소유한 에너지(질량)와 정확히 동일합니다.

따라서 설명된 이론에 따르면 블랙홀은 입자를 방출하지 않지만 이 과정에 기여하고 등가 에너지를 잃습니다. 이미 언급한 아인슈타인의 질량과 에너지 등가 법칙에 따르면, 블랙홀은 자신의 질량 외에는 에너지를 얻을 수 있는 곳이 없다는 것이 분명해집니다.

위의 내용을 모두 요약하면 블랙홀이 입자를 방출하는 동시에 일부 질량을 잃는다고 말할 수 있습니다. 후자의 과정을 "블랙홀 증발"이라고 불렀습니다. 호킹 복사 이론을 바탕으로, 매우 길지만(수조 년) 시간이 지나면 블랙홀은 단순히 .

흥미로운 사실

• 많은 사람들은 대형강입자가속기(LHC)에서 블랙홀이 형성되어 지구인의 생명에 위협이 될 수 있다고 우려하고 있습니다. LHC에서 블랙홀의 탄생은 추가적인 시공간 차원이 존재하고 짧은 거리에서 강력한 중력 상호 작용이 존재하는 경우에만 가능합니다. 그러나 이렇게 형성된 미세한 블랙홀은 호킹복사로 인해 순간적으로 증발하게 된다.
• 호킹 복사를 기반으로 단일 원자로 또는 붕괴형 원자로(미시적 블랙홀을 생성하는 가상 장치)가 작동할 수 있습니다. 증발의 결과로 생성된 방사선 에너지는 원자로의 주요 에너지원이 됩니다.

대형강입자가속기(Large Hadron Collider)는 위협적으로 보이지만 호킹 복사 때문에 두려워할 것은 아니다.

• 블랙홀 복사에 관한 연구 결과를 발표한 후 스티븐 호킹은 또 다른 유명한 과학자 킵 손(Kip Thorne)과 논쟁을 벌였습니다. 논쟁의 대상은 블랙홀이라고 주장하는 물체의 성질이었다. 호킹의 연구는 블랙홀의 존재에 기초를 두고 있었지만 백조자리 X-1은 블랙홀이 아니라고 주장했다. 베팅이 잡지 구독이라는 점은 주목할 만합니다. Thorne의 입찰은 풍자 잡지 Private Eye의 4년 구독이었고, Hawking의 입찰은 에로틱 잡지 Penthouse의 1년 구독이었습니다. 스티븐은 논쟁에서 자신의 진술의 논리를 다음과 같이 주장했습니다. “내가 블랙홀의 존재를 주장하는 것이 틀린 것으로 판명되더라도 적어도 나는 잡지 구독을 얻을 것입니다.”

호킹과 미세중력(토하다혜성)

그러한 시나리오에서, 블랙홀을 형성했거나 블랙홀에 떨어지는 물질에 대한 다른 모든 정보("머리카락"이 비유로 사용됨)는 블랙홀의 사건 지평선 너머로 "사라지며" 따라서 보존되지만 접근할 수는 없습니다. 외부 관찰자에게.

1973년 호킹은 모스크바로 가서 소련 과학자 야코프 젤도비치(Yakov Zeldovich)와 알렉세이 스타로빈스키(Alexei Starobinsky)를 만났습니다. 그들의 작업에 관해 그들과 토론하면서 그들은 불확정성 원리가 블랙홀이 입자를 방출해야 한다는 것을 어떻게 의미하는지 보여주었습니다. 이는 호킹의 블랙홀 열역학 제2법칙(즉, 블랙홀은 작아질 수 없음)에 의문을 제기했습니다. 블랙홀은 에너지를 잃으면서 질량도 잃어야 하기 때문입니다.

더욱이, 이는 블랙홀이 0이 아닌 유한한 온도와 엔트로피를 가져야 한다는 존 휠러 대학교 대학원생 제이콥 베켄슈타인(Jacob Bekenstein)이 제시한 이론을 뒷받침했습니다. 이 모든 것은 "머리카락이 없다는 정리"와 모순됩니다. 호킹은 곧 자신의 정리를 수정하여 양자역학적 효과를 고려할 때 블랙홀이 특정 온도의 열복사를 방출하는 것으로 밝혀졌습니다.

1974년 호킹은 자신의 연구 결과를 발표하고 블랙홀이 방사선을 방출한다는 사실을 보여주었습니다. 이 효과는 "호킹 방사선"으로 알려졌으며 처음에는 논란이 되었습니다. 그러나 70년대 말과 추가 연구가 발표된 후, 이 발견은 이론 물리학 분야에서 중요한 돌파구로 인식되었습니다.

그러나 그러한 이론의 결과 중 하나는 블랙홀이 점차 질량과 에너지를 잃는다는 것입니다. 이 때문에, 얻는 것보다 더 많은 질량을 잃는 블랙홀은 줄어들고 결국 사라지게 됩니다. 이는 현재 블랙홀 "증발"로 알려진 현상입니다.

1981년 호킹은 블랙홀이 증발하면 블랙홀의 정보가 되돌릴 수 없게 손실된다는 주장을 제안했는데, 이는 '블랙홀 정보 역설'로 알려지게 되었습니다. 그는 물리적 정보가 블랙홀 속으로 영원히 사라져 많은 물리적 상태가 하나의 상태로 수렴될 수 있다고 주장했습니다.

이 이론은 양자물리학의 두 가지 기본 원리를 위반했기 때문에 논란의 여지가 있는 것으로 드러났습니다. 양자 물리학에서는 물리적 시스템의 전체 정보, 즉 물질의 상태(질량, 위치, 스핀, 온도 등)가 함수가 붕괴될 때까지 파동 함수로 인코딩되어 있다고 말합니다. 이는 다시 두 가지 다른 원칙으로 이어집니다.

첫 번째, 양자 결정론은 현재의 파동 함수가 주어지면 미래의 변화는 진화 연산자에 의해 고유하게 결정된다고 말합니다. 두 번째인 가역성(reversibility)은 진화 연산자가 반대 측면을 가지고 있음을 나타내며, 이는 과거 파동 함수도 고유하다는 것을 의미합니다. 이러한 원리의 조합은 물질의 양자 상태에 대한 정보가 항상 보존되어야 한다는 사실로 이어집니다.

자유의 메달을 받기 위해 백악관에 간 호킹

블랙홀이 증발하면 정보가 사라진다는 주장을 통해 호킹은 근본적으로 근본적인 역설을 만들어냈습니다. 블랙홀이 증발하여 양자 파동 함수에 대한 모든 정보가 사라지면 원칙적으로 정보가 영원히 손실될 수 있습니다. 이 질문은 과학자들 사이에서 논쟁의 대상이 되었으며 오늘날까지도 사실상 해결되지 않은 상태로 남아 있습니다.

그러나 2003년까지 물리학자들 사이에서는 블랙홀의 정보 손실에 대해 호킹의 주장이 틀렸다는 데 어느 정도 합의가 이루어졌습니다. 2004년 더블린 강의에서 그는 이 주제에 관해 Caltech의 John Preskill(1997년에 내기)에 졌다는 사실을 인정했지만 역설에 대한 자신만의 다소 논란의 여지가 있는 해결책을 설명했습니다. 하나의 토폴로지보다

2005년에 그가 블랙홀의 정보 손실이라는 주제로 발표한 논문에서 그는 블랙홀이 있는 우주의 정보 손실이 블랙홀이 없는 다른 우주에서 보상되는 우주의 모든 대체 역사를 연구함으로써 정보 역설이 설명된다고 주장했습니다. 그 결과 2014년 1월 호킹은 블랙홀 정보 역설을 자신의 “가장 큰 실수”라고 불렀다.

대형 강입자 충돌기의 호킹과 피터 힉스

일반상대성이론과 양자역학을 사용하여 블랙홀과 우주론에 대한 이해를 넓힌 것 외에도 스티븐 호킹은 과학을 더 많은 청중에게 알리는 데 중요한 역할을 했습니다. 오랜 과학 경력 동안 그는 또한 많은 인기 도서를 출판했고, 널리 여행하고 강의했으며, TV 쇼와 영화에도 출연했습니다.

호킹은 자신의 경력 동안 저명한 교육자가 되었으며, 개인적으로 39명의 성공적인 학생을 박사 학위로 졸업했습니다. 그의 이름은 외계 지능 탐구, 로봇 공학 및 인공 지능 개발의 역사에 남을 것입니다. 2015년 7월 20일, 스티븐 호킹은 우주에서 외계 생명체를 찾기 위한 계획인 브레이크스루 이니셔티브(Breakthrough Initiatives)의 시작을 도왔습니다.

의심할 여지없이 스티븐 호킹은 오늘날 살아있는 가장 유명한 과학자 중 한 명입니다. 천체물리학과 양자역학에 대한 그의 연구는 공간과 시간에 대한 우리의 이해에 획기적인 발전을 가져왔으며 과학자들 사이에서 많은 논란을 불러일으켰습니다. 일반 대중의 관심을 과학에 끌기 위해 그렇게 많은 일을 한 살아있는 과학자는 거의 없습니다.

호킹에는 무지와 싸우고 과학을 발전시키기 위해 모든 일을 한 또 다른 영향력 있고 유명한 과학자인 전임 알베르트 아인슈타인의 무언가가 있습니다. 하지만 특히 인상적인 점은 호킹이 평생 동안(어느 시점부터) 행한 모든 일이 퇴행성 질환과의 끈질긴 싸움을 추구했다는 점이다. (예를 들어 완전히 움직이지 않은 상태에서 읽으십시오.)

호킹은 의사들에 따르면 2년 안에 목숨을 잃을 수도 있는 질병을 앓으며 52년 이상 살았습니다. 그리고 호킹이 더 이상 우리와 함께하지 않는 날이 오면 시간은 의심할 여지 없이 그를 아인슈타인, 뉴턴, 갈릴레오, 퀴리와 함께 인류 역사상 가장 위대한 과학자 중 한 사람으로 자리매김할 것입니다.

우리 시대 최고의 우주론자이자 이론물리학자. 1942년에 태어난 미래의 과학자는 20세부터 건강 문제를 겪기 시작했다. 근위축성 측색 경화증으로 인해 옥스퍼드 이론 물리학과에서 공부하는 것이 매우 어려워졌지만 스티븐이 매우 활동적이고 다사다난한 생활 방식을 영위하는 것을 막지는 못했습니다. 그는 1965년에 결혼했고 1974년에 런던 왕립학회 회원이 되었습니다. 이때까지 그는 이미 딸과 두 아들을 두었습니다. 1985년에 그 과학자는 말을 멈췄습니다. 오늘날 그의 몸에는 한쪽 뺨만이 이동성을 유지하고 있습니다. 그것은 완전히 움직이지 않고 비난받는 것처럼 보였습니다. 그러나 1995년에 다시 결혼하고, 2007년에... 무중력 상태에서 비행하게 됩니다.

이동성이 부족한 사람 중 그토록 완전하고 유용하며 흥미로운 삶을 살 수 있는 사람은 지구상에 없습니다.

하지만 그게 전부는 아닙니다. 호킹의 가장 큰 발전은 블랙홀 이론이었습니다. 현재 불리는 "호킹의 이론"은 우주의 블랙홀에 대한 과학자들의 오랜 이해를 근본적으로 바꾸어 놓았습니다.

이론 작업이 시작될 때 과학자는 많은 동료들과 마찬가지로 그 안에 들어가는 모든 것이 영원히 파괴된다고 주장했습니다. 이 정보 역설은 전 세계의 군인과 과학자들을 괴롭혔습니다. 질량을 제외하고는 이러한 우주 물체의 어떤 속성도 확립하는 것이 불가능하다고 믿어졌습니다.

1975년 블랙홀을 연구한 호킹은 블랙홀이 지속적으로 광자 흐름과 기타 기본 입자를 우주로 방출한다는 사실을 발견했습니다. 그러나 과학자 자신조차도 "호킹 방사선"이 무작위적이고 예측할 수 없다고 확신했습니다. 영국 과학자는 처음에 이 방사선이 어떤 정보도 전달하지 않는다고 생각했습니다.

그러나 뛰어난 마음의 속성은 끊임없이 의심하는 능력입니다. 호킹은 연구를 계속하여 블랙홀(즉, 호킹 복사)의 증발이 본질적으로 양자적이라는 것을 발견했습니다. 이를 통해 그는 블랙홀에 떨어지는 정보는 파괴되는 것이 아니라 변화된다는 결론을 내릴 수 있었다. 구멍의 상태가 일정하다는 이론은 비양자 물리학의 관점에서 보면 맞습니다.

양자 이론을 고려하면 진공은 다양한 물리적 장을 방출하는 "가상" 입자로 채워집니다. 방사선의 강도는 끊임없이 변합니다. 매우 강해지면 블랙홀의 사건 지평선(경계)에 있는 진공 상태에서 입자-반입자 쌍이 직접 생성될 수 있습니다. 한 입자의 총 에너지가 양수이고 두 번째 입자가 음수로 판명되면 동시에 입자가 블랙홀에 떨어지면 다르게 행동하기 시작합니다. 음의 반입자는 블랙홀의 나머지 에너지를 감소시키기 시작하고 양의 입자는 무한해지는 경향이 있습니다.

외부에서 보면 이 과정은 블랙홀에서 나오는 증발처럼 보입니다. 이것이 바로 '호킹 방사선'이다. 과학자는 왜곡된 정보의 "증발"이 장비에 표시되는 자체 열 스펙트럼과 특정 온도를 가지고 있음을 발견했습니다.

과학자 자신에 따르면 호킹 방사선은 블랙홀에서 모든 정보가 손실되어 영원히 사라지는 것은 아니라는 것을 나타냅니다. 그는 양자물리학이 정보의 완전한 파괴나 손실의 불가능성을 증명한다고 확신합니다. 이는 비록 수정된 형태이기는 하지만 호킹 방사선에 그러한 정보가 포함되어 있음을 의미합니다.

과학자가 옳다면 블랙홀의 과거와 미래는 다른 행성의 역사와 같은 방식으로 연구될 수 있습니다.

불행히도 블랙홀을 사용하여 시간을 여행하거나 다른 우주로 여행할 가능성에 대한 의견입니다. 호킹 복사의 존재는 구멍에 떨어진 모든 물체가 변경된 정보의 형태로 우리 우주로 되돌아온다는 것을 증명합니다.

모든 과학자가 영국 물리학자의 신념을 공유하는 것은 아닙니다. 그러나 그들 역시 감히 그들에게 도전하지 못한다. 오늘날 전 세계는 호킹의 새로운 출판물을 기다리고 있습니다. 호킹은 과학계를 뒤집어 놓은 그의 이론의 객관성을 상세하고 최종적으로 확인하겠다고 약속했습니다.

또한 과학자들은 실험실 조건에서 호킹 방사선을 얻었습니다. 2010년에 이런 일이 일어났습니다.

블랙홀과 소립자 등 서로 다른 현상을 상호작용에 반영하는 현상이 있습니다. 이것은 호킹 복사인가, 양자인가..

마스터웹에서

26.06.2018 18:00

블랙홀과 기본입자. 현대 물리학은 이러한 물체의 개념을 하나로 묶습니다. 첫 번째는 아인슈타인의 중력 이론의 틀 내에서 설명되고 두 번째는 양자 장 이론의 수학적 구성에서 설명됩니다. 이 두 가지 아름답고 여러 번 실험적으로 확인된 이론은 서로 그다지 "우호적"이지 않은 것으로 알려져 있습니다. 그러나 이들의 상호작용에는 이렇게 서로 다른 현상이 반영되는 현상이 있다. 이것은 호킹 복사 또는 블랙홀의 양자 증발입니다. 그것은 무엇입니까? 어떻게 작동하나요? 감지될 수 있나요? 우리 기사에서 이에 대해 이야기하겠습니다.

블랙홀과 그 지평선

예를 들어 별과 같은 물질이 차지하는 시공간 연속체의 일부 영역을 상상해 보겠습니다. 이 영역이 연속체의 중력 곡률로 인해 어떤 것(광선이라도)이 빠져나가는 것을 허용하지 않는 반경과 질량의 비율이 특징이라면 그러한 영역을 블랙홀이라고 합니다. 어떤 의미에서는 공간의 2차원 표현을 사용하여 그림으로 자주 묘사되는 것처럼 실제로는 연속체의 구멍, 틈입니다.

그러나 이 경우 우리는 이 구멍의 하품 깊이가 아니라 사건의 지평선이라고 불리는 블랙홀의 경계에 관심을 가질 것입니다. 호킹 복사를 고려할 때 지평선의 중요한 특징은 이 표면을 영구적으로 가로질러 모든 물리적 물체를 우주 공간과 완전히 분리한다는 것입니다.

진공 및 가상 입자 정보

양자장 이론의 이해에서 진공은 전혀 공허함이 아니라 특수한 매질(보다 정확하게는 물질의 상태), 즉 모든 양자 매개변수가 0인 장입니다. 그러한 장의 에너지는 미미하지만 불확정성 원리를 잊어서는 안됩니다. 이에 따라 진공은 자발적인 변동 활동을 나타냅니다. 이는 보존 법칙을 위반하지 않는 에너지 진동으로 표현됩니다.

진공 에너지 변동의 피크가 높을수록 지속 시간은 짧아집니다. 만약 그러한 진동이 한 쌍의 입자를 생성하기에 충분한 2mc2의 에너지를 갖고 있다면, 그것들은 나타나겠지만, 날아갈 시간도 없이 즉시 소멸될 것입니다. 이런 식으로 그들은 변동을 완화할 것입니다. 이러한 가상 입자는 진공 에너지로 인해 생성되며, 사망 시 이 에너지를 진공 상태로 반환합니다. 예를 들어 거대 물체에 대한 가상 입자 가스의 압력을 보여주는 유명한 카시미르 효과를 기록함으로써 그들의 존재가 실험적으로 확인되었습니다.

호킹 방사선을 이해하려면 이러한 과정에서 입자(양전자 또는 광자를 포함한 전자)가 반드시 쌍으로 태어나고 총 운동량은 0이라는 것이 중요합니다.

가상 쌍 형태의 진공 변동으로 무장하여 블랙홀 가장자리에 접근하여 그곳에서 무슨 일이 일어나는지 살펴보겠습니다.

심연의 가장자리에서

사건의 지평선이 있기 때문에 블랙홀은 자발적인 진공 진동 과정을 방해할 수 있습니다. 구멍 표면의 조석력은 엄청나며 이곳의 중력장은 극도로 이질적입니다. 이는 이 현상의 역동성을 향상시킵니다. 입자 쌍은 외부 힘이 없을 때보다 훨씬 더 적극적으로 생성되어야 합니다. 블랙홀은 이 과정에 중력 에너지를 소비합니다.

입자의 운동량이 그에 따라 방향이 지정되고 쌍의 탄생이 거의 지평선에서 발생하는 경우 입자 중 하나가 사건 지평선 아래에서 "다이빙"하는 것을 방지할 수 있는 것은 없습니다(이 경우 구멍은 쌍을 깨는 데 에너지를 소비합니다). 그러면 소멸은 없을 것이고, 민첩한 입자의 파트너는 블랙홀에서 날아갈 것입니다. 결과적으로 에너지와 구멍의 질량은 도망자의 질량과 같은 양만큼 감소합니다. 이 "체중 감소"를 블랙홀 증발이라고 합니다.

블랙홀의 복사를 설명할 때 호킹은 가상 입자를 사용하여 작동했습니다. 이것이 그의 이론과 1973년에 표현된 그리보프(Gribov), 젤도비치(Zeldovich), 스타로빈스키(Starobinsky)의 관점 사이의 차이이다. 그런 다음 소련 물리학자들은 사건의 지평선을 통해 실제 입자의 양자 터널링 가능성을 지적했으며, 그 결과 블랙홀에 복사가 발생해야 합니다.

호킹 방사선이란 무엇인가

과학자의 이론에 따르면 블랙홀은 스스로 아무것도 방출하지 않습니다. 그러나 블랙홀을 떠나는 광자는 열 스펙트럼을 갖습니다. 관찰자에게 이러한 입자의 "유출"은 가열된 물체와 마찬가지로 구멍이 일종의 방사선을 방출하고 그 과정에서 자연적으로 에너지를 잃는 것처럼 보입니다. 공식 PM=(h∙c3)/(16п2∙k∙G∙M)을 사용하여 호킹 복사에 필적하는 온도를 계산할 수도 있습니다. 여기서 h는 플랑크 상수(제공되지 않음!), c는 빛의 속도, k 는 볼츠만 상수, G는 중력 상수, M은 블랙홀의 질량입니다. 대략적으로 이 온도는 6.169∙10-8 K∙(M0/M)과 같습니다. 여기서 M0는 태양의 질량입니다. 블랙홀의 질량이 클수록 방사선에 해당하는 온도가 낮아지는 것으로 나타났습니다.

하지만 블랙홀은 별이 아닙니다. 에너지를 잃으면 식지 않습니다. 그 반대! 질량이 감소함에 따라 구멍은 "더 뜨거워집니다". 질량 손실은 또한 반경 감소를 의미합니다. 결과적으로 증발은 강도가 증가하면서 발생합니다. 따라서 작은 구멍은 폭발과 함께 증발을 완료해야 합니다. 사실, 현재로서는 그러한 미세 구멍의 존재 자체가 가설로 남아 있습니다.

가속하는 관찰자에 의한 열 복사의 등록을 예측하는 Unruh 효과(가설이기도 함)를 기반으로 하는 Hawking 과정에 대한 대안적인 설명이 있습니다. 관성 기준계에 연결되어 있으면 방사선이 감지되지 않습니다. 관찰자의 경우, 가속 붕괴하는 물체 주변의 진공도 열 특성을 지닌 방사선으로 채워질 것입니다.

정보 문제

호킹의 방사선 이론이 만들어낸 문제는 이른바 블랙홀의 '머리털이 없는 정리' 때문이다. 간단히 말해서 그 본질은 다음과 같습니다. 구멍은 사건의 지평선 너머에 떨어진 물체가 어떤 특성을 가지고 있는지에 완전히 무관심합니다. 중요한 것은 구멍이 증가한 질량입니다. 관찰자가 접근할 수는 없지만, 그 안에 들어간 신체의 매개변수에 대한 정보는 내부에 저장됩니다. 그리고 호킹의 이론은 블랙홀이 영원하지 않다는 것을 알려줍니다. 그 안에 저장되어 있던 정보가 구멍과 함께 사라지는 것으로 밝혀졌습니다. 물리학자들에게 이러한 상황은 개별 프로세스에 대해 완전히 무의미한 확률로 이어지기 때문에 좋지 않습니다.

최근에는 호킹 박사가 직접 참여하는 등 이 역설을 해결하는 데 긍정적인 발전이 있었습니다. 2015년에는 진공의 특별한 특성 덕분에 구멍의 복사에 대한 무한한 수의 매개변수를 식별하는, 즉 구멍에서 정보를 "끌어내는" 것이 가능하다고 밝혔습니다.

등록 문제

이러한 역설을 해결하기 어려운 점은 호킹 복사를 감지할 수 없다는 사실로 인해 더욱 복잡해집니다. 위의 공식을 다시 살펴보겠습니다. 이것은 블랙홀이 얼마나 차가운지 보여줍니다. 태양 질량의 구멍과 반경 3km의 구멍은 수억분의 1 켈빈입니다! 그들의 존재는 매우 의심스럽습니다.

그러나 미세한(뜨거운, 유물) 블랙홀에 대한 희망은 있습니다. 그러나 지금까지 우주의 초기 시대에 대한 이론적으로 예측된 ​​증인을 관찰한 사람은 아무도 없습니다.

마지막으로 약간의 낙관주의를 추가해야 합니다. 2016년에는 사건 지평선의 음향 모델에서 양자 호킹 복사 유사체를 발견했다는 메시지가 나타났습니다. 이 비유는 또한 Unruh 효과를 기반으로 합니다. 예를 들어 정보의 소멸을 연구할 수 없는 등 적용 범위가 제한되어 있지만, 이러한 연구가 양자 현상을 고려한 새로운 블랙홀 이론을 만드는 데 도움이 될 것이라는 희망이 있습니다.

Kievyan Street, 16 0016 아르메니아, 예레반 +374 11 233 255

주로 광자, 블랙홀. 에너지와 "href="http://ru.wikipedia.org/wiki/%D0%97%D0%B0%D0%BA%D0%BE%D0%BD_%D1%81%D0%BE%D1로 인해 %85%D1%80%D0%B0%D0%BD%D0%B5%D0%BD%D0%B8%D1%8F_%D1%8D%D0%BD%D0%B5%D1%80%D0%B3 %D0%B8%D0%B8">에너지 보존 법칙과 이 과정은 블랙홀의 질량 감소, 즉 "증발"을 동반합니다. 1973년 스티븐 호킹이 이론적으로 예측했습니다. 호킹의 연구 1973년 모스크바를 방문하기 전에 그는 소련 과학자 야코프 젤도비치(Yakov Zeldovich)와 알렉산더 스타로빈스키(Alexander Starobinsky)를 만났고, 그들은 양자 역학의 불확정성 원리에 따라 회전하는 블랙홀이 입자를 생성하고 방출해야 한다는 것을 호킹에게 보여주었습니다.

블랙홀의 증발은 순전히 양자 과정입니다. 사실 블랙홀은 아무것도 방출하지 않고 물질만 흡수할 수 있는 물체라는 개념은 양자 효과를 고려하지 않는 한 유효합니다. 양자역학에서는 터널링 덕분에 비양자계가 극복할 수 없는 잠재적 장벽을 극복하는 것이 가능해졌습니다.

블랙홀의 경우 상황은 이렇습니다. 양자장 이론에서 물리적 진공은 다양한 장(“가상 입자”라고 말할 수 있음)의 끊임없이 나타나고 사라지는 변동으로 채워집니다. 외부 힘 분야에서는 이러한 변동의 역학이 변하고, 힘이 충분히 강하면 입자-반입자 쌍이 진공에서 직접 생성될 수 있습니다. 이러한 과정은 블랙홀의 사건 지평선 근처(그러나 여전히 외부)에서도 발생합니다. 이 경우, 반입자의 전체 에너지 i가 음의 값을 나타내고, 입자의 전체 에너지 i의 값이 양의 값을 갖는 경우가 가능하다. 블랙홀에 떨어지면 반입자는 전체 정지 에너지를 감소시켜 질량을 감소시키는 반면 입자는 무한대로 날아갈 수 있습니다. 멀리 있는 관찰자에게 이것은 블랙홀에서 나오는 복사처럼 보입니다.

중요한 것은 방사선이라는 사실뿐 아니라 이 방사선이 열 스펙트럼을 갖는다는 사실입니다. 이는 블랙홀의 사건 지평선 근처의 복사가 특정 온도와 연관될 수 있음을 의미합니다.

플랑크 상수는 어디에 있나요? 씨- 진공에서의 빛의 속도, 케이- 볼츠만 상수, G- 중력 상수, 그리고 마지막으로, 중- 블랙홀의 질량. 이론을 발전시킴으로써 블랙홀의 완전한 열역학을 구성하는 것이 가능합니다.

그러나 블랙홀에 대한 이러한 접근 방식은 양자역학과 충돌하며 블랙홀 내에서 정보가 사라지는 문제로 이어진다.

그 효과는 아직 관찰에 의해 확인되지 않았습니다. 일반 상대성 이론에 따르면, 우주가 형성되는 동안 원시 블랙홀이 태어났어야 하며, 그 중 일부(초기 질량 1012kg)는 우리 시대에 증발이 완료되어야 합니다. 블랙홀의 크기가 작아질수록 증발 속도는 빨라지므로 최종 단계는 본질적으로 블랙홀의 폭발이어야 한다. 지금까지 그러한 폭발은 기록되지 않았습니다.

실험적 확인

밀라노 대학의 연구원들은 호킹 복사의 효과를 관찰하여 소위 화이트홀이라고 불리는 블랙홀의 대척지를 생성할 수 있었다고 주장합니다. 외부의 모든 물질과 방사선을 "흡입"하는 화이트홀과 달리 화이트홀은 들어오는 빛을 완전히 차단하여 경계, 즉 사건의 지평선을 만듭니다. 실험에서 화이트홀의 역할은 특정 구조를 가지고 있고 내부에서 빛의 광자가 완전히 멈추는 특수한 조건에 배치된 수정에 의해 수행되었습니다. 과학자들은 위에서 언급한 결정에 적외선 레이저 광을 비추어 재방출 효과인 호킹 복사의 존재를 발견하고 확인했습니다.

하이파에 있는 이스라엘 공과대학의 물리학자 제프 스타인하우어(Jeff Steinhauer)는 1974년 스티븐 호킹이 예측한 방사선을 발견했습니다. 과학자는 블랙홀의 음향 ​​유사체를 만들고 실험을 통해 양자 특성의 방사선이 거기서 나온다는 것을 보여주었습니다. 이 기사는 Nature Physics 저널에 게재되었으며 BBC News는 이 연구에 대해 간략하게 보도했습니다.
...실제 블랙홀에서 나오는 이 복사선은 너무 약하기 때문에 아직 감지하는 것이 불가능합니다. 따라서 Steinhauer는 소위 "블라인드 홀"이라는 아날로그를 사용했습니다. 블랙홀의 사건 지평선을 모델링하기 위해 그는 절대 영도에 가까운 온도로 냉각된 루비듐 원자의 보스-아인슈타인 응축물을 사용했습니다.
소리 전파 속도는 약 0.5mm/초로 매우 낮습니다. 그리고 한쪽에서는 원자가 아음속으로 움직이고 다른 쪽에서는 초음속으로 가속되는 경계를 만들면 이 경계는 블랙홀의 사건 지평선과 유사할 것입니다. 실험에서 원자 양자(이 경우 포논)는 초음속의 영역에서 포착되었습니다. 포논 쌍은 분리되었으며, 하나는 한 영역에 있었고 두 번째는 다른 영역에 있었습니다. 과학자가 기록한 상관관계는 입자가 양자 얽혀 있음을 나타냅니다.