Rrezatimi Hawking: jo më mistere. Rrezatimi Hawking: koncepti, karakteristikat dhe problemet e teorisë Grimcat Hawking

Rrezatimi Hawking është procesi i emetimit të grimcave të ndryshme elementare, i cili u përshkrua teorikisht nga shkencëtari britanik Stephen Hawking në 1974.

Shumë kohë përpara botimit të veprave të Stephen Hawking, mundësia e rrezatimit të grimcave nga vrimat e zeza u shpreh nga fizikani teorik sovjetik Vladimir Gribov në një diskutim me një shkencëtar tjetër, Yakov Zeldovich.

Ndërsa studionte sjelljen e grimcave elementare pranë një vrime të zezë, tridhjetë vjeçari Stephen Hawking vizitoi Moskën në 1973. Në kryeqytet, ai ishte në gjendje të merrte pjesë në një diskutim shkencor me dy shkencëtarë të shquar sovjetikë, Alexei Starobinsky dhe Yakov Zeldovich. Pasi punuan për idenë e Gribovit për disa kohë, ata arritën në përfundimin se vrimat e zeza mund të rrezatojnë për shkak të efektit të tunelit. Kjo e fundit do të thotë se ekziston një probabilitet që një grimcë të mund të kapërcejë çdo pengesë, nga pikëpamja e fizikës kuantike. Pasi u interesua për këtë temë, Hawking e studioi çështjen në detaje dhe në 1974 botoi veprën e tij, e cila më vonë e emëroi rrezatimin e përmendur me emrin e tij.

Stephen Hawking e përshkroi procesin e emetimit të grimcave nga një vrimë e zezë disi ndryshe. Shkaku kryesor i një rrezatimi të tillë janë të ashtuquajturat "grimca virtuale".

Në procesin e përshkrimit të ndërveprimeve midis grimcave, shkencëtarët erdhën në idenë se ndërveprimet midis tyre ndodhin përmes shkëmbimit të kuanteve të caktuara ("pjese" të një sasie fizike). Për shembull, ndërveprimi elektromagnetik në një atom midis një elektroni dhe një protoni ndodh përmes shkëmbimit të fotoneve (bartësit e ndërveprimit elektromagnetik).

Megjithatë, atëherë lind problemi tjetër. Nëse e konsiderojmë këtë elektron si një grimcë të lirë, atëherë në asnjë mënyrë nuk mund të emetojë apo thithë thjesht një foton, sipas parimit të ruajtjes së energjisë. Kjo do të thotë, ai thjesht nuk mund të humbasë ose të fitojë asnjë sasi energjie. Pastaj shkencëtarët krijuan të ashtuquajturat "grimca virtuale". Këto të fundit ndryshojnë nga realet në atë se lindin dhe zhduken aq shpejt sa është e pamundur t'i regjistrosh. Gjithçka që grimcat virtuale arrijnë të bëjnë në një periudhë të shkurtër të jetës së tyre është të transferojnë momentin tek grimcat e tjera, pa transferuar energji.

Kështu, edhe hapësira boshe, për shkak të disa luhatjeve fizike (devijime të rastësishme nga norma), thjesht po mbushet me këto grimca virtuale që lindin dhe shkatërrohen vazhdimisht.

Rrezatimi Hawking

Ndryshe nga fizikanët sovjetikë, përshkrimi i rrezatimit nga Stephen Hawking bazohet në grimca abstrakte virtuale që janë pjesë përbërëse e teorisë së fushës kuantike. Një fizikan teorik britanik po shikon shfaqjen spontane të këtyre grimcave virtuale nga një vrimë e zezë. Në këtë rast, fusha e fuqishme gravitacionale e një vrime të zezë është e aftë të "shkëputë" grimcat virtuale edhe para se ato të shkatërrohen, duke i kthyer ato në ato reale. Procese të ngjashme vërehen eksperimentalisht te sinkrofazotronet, ku shkencëtarët arrijnë t'i shkëputin këto grimca, duke shpenzuar një sasi të caktuar energjie.

Nga pikëpamja e fizikës, shfaqja e grimcave reale me masë, rrotullim, energji dhe karakteristika të tjera në hapësirën boshe "nga asgjëja" bie në kundërshtim me ligjin e ruajtjes së energjisë, dhe për këtë arsye është thjesht e pamundur. Prandaj, për të “transformuar” grimcat virtuale në ato reale, do të kërkohet energji, jo më pak se masa totale e këtyre dy grimcave, sipas ligjit të njohur. Një vrimë e zezë gjithashtu shpenzon këtë sasi energjie për të tërhequr grimcat virtuale në horizontin e ngjarjeve.

Si rezultat i procesit të tërheqjes, një nga grimcat, e vendosur më afër horizontit të ngjarjes ose edhe poshtë tij, "kthehet" në një të vërtetë dhe drejtohet drejt vrimës së zezë. Tjetri, në drejtim të kundërt, niset në një udhëtim të lirë nëpër hapësirën e jashtme. Pasi të keni kryer llogaritjet matematikore, mund të bindeni se edhe përkundër energjisë (masës) të marrë nga një grimcë që bie në sipërfaqen e një vrime të zezë, energjia e shpenzuar nga vrima e zezë në procesin e shkëputjes është negative. Kjo do të thotë, në fund të fundit, si rezultat i procesit të përshkruar, vrima e zezë humbi vetëm një sasi të caktuar energjie, e cila, për më tepër, është saktësisht e barabartë me energjinë (masën) që zotëron grimca që fluturoi "jashtë".

Kështu, sipas teorisë së përshkruar, megjithëse vrima e zezë nuk lëshon asnjë grimcë, ajo kontribuon në këtë proces dhe humbet energjinë ekuivalente. Duke ndjekur ligjin e përmendur tashmë të Ajnshtajnit për ekuivalencën e masës dhe energjisë, bëhet e qartë se një vrimë e zezë nuk ka nga ku të marrë energji përveç masës së saj.

Për të përmbledhur të gjitha sa më sipër, mund të themi se një vrimë e zezë lëshon një grimcë dhe në të njëjtën kohë humbet një masë. Procesi i fundit u quajt "avullim i vrimës së zezë". Bazuar në teorinë e rrezatimit Hawking, mund të merret me mend se pas njëfarë kohe, edhe pse shumë e gjatë (triliona vjet), vrimat e zeza thjesht .

Fakte interesante

• Shumë njerëz kanë frikë se vrimat e zeza mund të formohen në Përplasësin e Madh të Hadronit (LHC) dhe ndoshta të përbëjnë një kërcënim për jetën e tokësorëve. Lindja e vrimave të zeza në LHC është e mundur vetëm në rastin e ekzistencës së dimensioneve shtesë të hapësirë-kohës dhe pranisë së ndërveprimit të fuqishëm gravitacional në distanca të shkurtra. Megjithatë, një vrimë e zezë mikroskopike e formuar në këtë mënyrë do të avullojë menjëherë për shkak të rrezatimit Hawking.
• Bazuar në rrezatimin Hawking, një reaktor i vetëm ose një reaktor kolapsar mund të funksionojë - një pajisje hipotetike që gjeneron vrima të zeza mikroskopike. Energjia e rrezatimit e krijuar si rezultat i avullimit të tyre do të jetë burimi kryesor i energjisë për reaktorin.

Megjithëse përplasësi i madh i Hadronit duket kërcënues, nuk ka asgjë për t'u frikësuar për shkak të rrezatimit Hawking.

• Pasi publikoi punën e tij mbi rrezatimin e vrimës së zezë, Stephen Hawking debatoi me një tjetër shkencëtar të famshëm, Kip Thorne. Objekti i mosmarrëveshjes ishte natyra e objektit që pretendonte të ishte një vrimë e zezë, e quajtur . Megjithëse puna e Hawking u bazua në supozimin e ekzistencës së vrimave të zeza, ai argumentoi se Cygnus X-1 nuk është një vrimë e zezë. Vlen të përmendet se bastet ishin abonime në revista. Oferta e Thorne ishte një abonim 4-vjeçar në revistën satirike Private Eye, ndërsa oferta e Hawking ishte një abonim një-vjeçar në revistën erotike Penthouse. Stephen e argumentoi logjikën e deklaratës së tij në mosmarrëveshje si më poshtë: "edhe nëse rezultoj i gabuar në pohimin e ekzistencës së vrimave të zeza, atëherë të paktën do të fitoj një abonim në revistë"

Hawking dhe mikrograviteti (Të vjellakometë)

Në një skenar të tillë, të gjitha informacionet e tjera rreth lëndës që ka formuar vrimën e zezë ose që bie në të (për të cilën "flokët" përdoret si metaforë) "zhduken" përtej horizontit të ngjarjeve të vrimës së zezë dhe për këtë arsye ruhen, por nuk do të jenë të arritshme. për vëzhguesit e jashtëm.

Në vitin 1973, Hawking udhëtoi për në Moskë dhe u takua me shkencëtarët sovjetikë Yakov Zeldovich dhe Alexei Starobinsky. Në diskutimet me ta për punën e tyre, ata i treguan se si parimi i pasigurisë nënkuptonte që vrimat e zeza duhet të lëshonin grimca. Kjo vuri në pikëpyetje ligjin e dytë të Hawking për termodinamikën e vrimave të zeza (d.m.th., vrimat e zeza nuk mund të bëhen më të vogla), pasi ato duhet të humbasin masën ndërsa humbasin energjinë.

Për më tepër, ai mbështeti teorinë e paraqitur nga Jacob Bekenstein, një student i diplomuar në Universitetin John Wheeler, se vrimat e zeza duhet të kenë një temperaturë dhe entropi të fundme, jo zero. E gjithë kjo binte në kundërshtim me "teoremën pa flokë". Hawking shpejt rishikoi teoremën e tij, duke treguar se kur u morën parasysh efektet mekanike kuantike, vrimat e zeza u zbuluan se lëshonin rrezatim termik të një temperature të caktuar.

Në vitin 1974, Hawking prezantoi gjetjet e tij dhe tregoi se vrimat e zeza lëshojnë rrezatim. Ky efekt u bë i njohur si "rrezatimi Hawking" dhe fillimisht ishte i diskutueshëm. Por nga fundi i viteve 70 dhe pas publikimit të kërkimeve të mëtejshme, zbulimi u njoh si një përparim i rëndësishëm në fushën e fizikës teorike.

Megjithatë, një nga pasojat e një teorie të tillë ishte se vrimat e zeza gradualisht humbin masën dhe energjinë. Për shkak të kësaj, vrimat e zeza që humbasin më shumë masë sesa fitojnë duhet të tkurren dhe përfundimisht të zhduken - një fenomen që tani njihet si "avullim i vrimës së zezë".

Në vitin 1981, Hawking propozoi që informacioni në një vrimë të zezë humbet në mënyrë të pakthyeshme kur vrima e zezë avullohet, gjë që u bë e njohur si "paradoksi i informacionit të vrimës së zezë". Ai argumentoi se informacioni fizik mund të zhduket përgjithmonë në një vrimë të zezë, duke lejuar që shumë gjendje fizike të konvergojnë në një të vetme.

Teoria doli të ishte e diskutueshme sepse shkelte dy parime themelore të fizikës kuantike. Fizika kuantike thotë se informacioni i plotë i një sistemi fizik - gjendja e materies së tij (masa, pozicioni, rrotullimi, temperatura, etj.) - kodohet në funksionin e tij valor derisa funksioni të shembet. Kjo nga ana tjetër çon në dy parime të tjera.

I pari, determinizmi kuantik, thotë se - duke pasur parasysh funksionin e valës aktuale - ndryshimet e ardhshme përcaktohen në mënyrë unike nga operatori i evolucionit. E dyta - kthyeshmëria - thotë se operatori i evolucionit ka një anë të anasjelltë, që do të thotë se funksionet e valës së kaluar janë gjithashtu unike. Kombinimi i këtyre parimeve çon në faktin se informacioni për gjendjen kuantike të materies duhet të ruhet gjithmonë.

Hawking në Shtëpinë e Bardhë për të marrë Medaljen e Lirisë

Duke sugjeruar që informacioni zhduket pas avullimit të një vrime të zezë, Hawking në thelb krijoi një paradoks themelor. Nëse një vrimë e zezë mund të avullojë, duke shkaktuar kështu zhdukjen e të gjithë informacionit rreth funksionit të valës kuantike, atëherë informacioni në parim mund të humbet përgjithmonë. Kjo pyetje është bërë objekt debati midis shkencëtarëve dhe mbetet praktikisht e pazgjidhur edhe sot e kësaj dite.

Megjithatë, deri në vitin 2003, kishte një konsensus midis fizikantëve se Hawking kishte gabuar në lidhje me humbjen e informacionit në një vrimë të zezë. Në një leksion në Dublin në vitin 2004, ai pranoi se kishte humbur një bast mbi këtë temë me John Preskill nga Caltech (të cilin e bëri në 1997), por përshkroi zgjidhjen e tij dhe disi të diskutueshme për paradoksin: ndoshta vrimat e zeza mund të kenë më shumë se një topologji.

Në një artikull të vitit 2005 që botoi mbi temën, Humbja e Informacionit në Vrimat e Zeza, ai argumentoi se paradoksi i informacionit shpjegohet duke studiuar të gjitha historitë alternative të universeve, ku humbja e informacionit në një me vrima të zeza kompensohet në një tjetër pa to. Si rezultat, në janar 2014, Hawking e quajti paradoksin e informacionit të vrimës së zezë "gabimi i tij më i madh".

Hawking dhe Peter Higgs në Përplasësin e Madh të Hadronit

Përveç zgjerimit të të kuptuarit tonë për vrimat e zeza dhe kozmologjinë duke përdorur relativitetin e përgjithshëm dhe mekanikën kuantike, Stephen Hawking ishte gjithashtu i dobishëm në sjelljen e shkencës në një audiencë më të gjerë. Gjatë karrierës së tij të gjatë shkencore, ai botoi gjithashtu shumë libra të njohur, udhëtoi dhe ligjëroi gjerësisht dhe u shfaq në shfaqje televizive dhe filma.

Gjatë karrierës së tij, Hawking u bë edhe një pedagog i dalluar, duke diplomuar personalisht 39 studentë të suksesshëm me doktoraturë. Emri i tij do të mbetet në historinë e kërkimit të inteligjencës jashtëtokësore dhe zhvillimit të robotikës dhe inteligjencës artificiale. Më 20 korrik 2015, Stephen Hawking ndihmoi në nisjen e Breakthrough Initiatives, një iniciativë për të kërkuar jetë jashtëtokësore në univers.

Pa dyshim, Stephen Hawking është një nga shkencëtarët më të famshëm që jetojnë sot. Puna e tij në astrofizikë dhe mekanikë kuantike çoi në përparime në kuptimin tonë të hapësirës dhe kohës, dhe gjithashtu shkaktoi shumë polemika midis shkencëtarëve. Vështirë se ndonjë shkencëtar i gjallë ka bërë kaq shumë për të tërhequr vëmendjen e publikut të gjerë ndaj shkencës.

Ka diçka te Hawking nga paraardhësi i tij Albert Einstein, një tjetër shkencëtar me ndikim dhe i famshëm që bëri gjithçka për të luftuar injorancën dhe për të zhvilluar shkencën. Por ajo që është veçanërisht mbresëlënëse është se gjithçka që Hawking bëri në jetën e tij (nga një moment i caktuar e tutje) ishte në ndjekje të një beteje kokëfortë kundër një sëmundjeje degjeneruese. (Lexoni, për shembull, duke mbetur plotësisht i palëvizshëm.)

Hawking jetoi për më shumë se 52 vjet me një sëmundje që sipas mjekëve duhet t'i kishte marrë jetën brenda 2 viteve. Dhe kur të vijë dita kur Hawking të mos jetë më me ne, koha padyshim do ta vendosë atë përkrah Ajnshtajnit, Njutonit, Galileos dhe Curie si një nga shkencëtarët më të mëdhenj në historinë njerëzore.

Kozmologu dhe fizikani më i madh teorik i kohës sonë. I lindur në vitin 1942, shkencëtari i ardhshëm filloi të përjetonte probleme shëndetësore në moshën 20 vjeçare. Skleroza laterale amiotrofike e bëri shumë të vështirë studimin në Departamentin e Fizikës Teorike në Oksford, por nuk e pengoi Stephen të drejtonte një mënyrë jetese shumë aktive dhe plot ngjarje. Ai u martua në 1965 dhe u bë anëtar i Shoqërisë Mbretërore të Londrës në 1974. Në këtë kohë ai kishte tashmë një vajzë dhe dy djem. Në vitin 1985, shkencëtari pushoi së foluri. Sot, vetëm një faqe ka ruajtur lëvizshmërinë në trupin e tij. Ajo dukej krejtësisht e palëvizshme dhe e dënuar. Mirëpo, në vitin 1995 martohet sërish, dhe në vitin 2007... fluturon në gravitetin zero.

Nuk ka asnjë person në Tokë që është i privuar nga lëvizshmëria dhe jeton një jetë kaq të plotë, të dobishme dhe interesante.

Por kjo nuk është e gjitha. Zhvillimi më i madh i Hawking ishte teoria e vrimave të zeza. "Teoria e Hawking", siç quhet tani, ndryshoi rrënjësisht kuptimin e gjatë të shkencëtarëve për Vrimat e Zeza të Universit.

Në fillim të punës për teorinë, shkencëtari, si shumë nga kolegët e tij, argumentoi se gjithçka që futet në to është shkatërruar përgjithmonë. Ky paradoks informacioni përhumbi personelin ushtarak dhe shkencëtarët në mbarë botën. Besohej se ishte e pamundur të vendoseshin ndonjë veti të këtyre objekteve hapësinore, me përjashtim të masës.

Pasi kishte studiuar vrimat e zeza në vitin 1975, Hawking zbuloi se ato lëshojnë vazhdimisht një rrymë fotonesh dhe disa grimca të tjera elementare në hapësirë. Sidoqoftë, edhe vetë shkencëtari ishte i sigurt se "rrezatimi Hawking" ishte i rastësishëm, i paparashikueshëm. Shkencëtari britanik fillimisht mendoi se ky rrezatim nuk mbante asnjë informacion.

Sidoqoftë, vetia e një mendjeje të shkëlqyer është aftësia për të dyshuar vazhdimisht. Hawking vazhdoi kërkimin e tij dhe zbuloi se avullimi i një Vrime të Zezë (d.m.th., rrezatimi Hawking) është në natyrë kuantike. Kjo e lejoi atë të arrinte në përfundimin se informacioni që bie në Vrimën e Zezë nuk shkatërrohet, por ndryshohet. Teoria se gjendja e vrimës është konstante është e saktë kur shikohet nga pikëpamja e fizikës jo-kuantike.

Duke marrë parasysh teorinë kuantike, vakuumi është i mbushur me grimca "virtuale" që lëshojnë fusha të ndryshme fizike. Fuqia e rrezatimit ndryshon vazhdimisht. Kur bëhet shumë i fortë, çiftet grimcë-antigrimcë mund të lindin drejtpërdrejt nga vakuumi në horizontin e ngjarjeve (kufiri) i Vrimës së Zezë. Nëse energjia totale e një grimce rezulton pozitive, dhe e dyta - negative, nëse në të njëjtën kohë grimcat ranë në një vrimë të zezë, atëherë ato fillojnë të sillen ndryshe. Antigrimca negative fillon të zvogëlojë energjinë e pushimit të vrimës së zezë, dhe grimca pozitive tenton në pafundësi.

Nga jashtë, ky proces duket si avullimi që vjen nga një vrimë e zezë. Ky është ai që quhet "rrezatimi Hawking". Shkencëtari zbuloi se ky "avullim" i informacionit të shtrembëruar ka spektrin e tij termik, të dukshëm për instrumentet dhe një temperaturë të caktuar.

Rrezatimi Hawking, sipas vetë shkencëtarit, tregon se jo të gjitha informacionet humbasin dhe zhduken përgjithmonë në Vrimën e Zezë. Ai ka besim se fizika kuantike vërteton pamundësinë e shkatërrimit të plotë ose humbjes së informacionit. Kjo do të thotë se rrezatimi Hawking përmban një informacion të tillë, megjithëse në një formë të modifikuar.

Nëse shkencëtari ka të drejtë, atëherë e kaluara dhe e ardhmja e vrimave të zeza mund të studiohen në të njëjtën mënyrë si historia e planetëve të tjerë.

Fatkeqësisht, mendimi për mundësinë e udhëtimit nëpër kohë ose në universe të tjera duke përdorur Vrimat e Zeza. Prania e rrezatimit Hawking dëshmon se çdo objekt që bie në një vrimë do të kthehet në Universin tonë në formën e informacionit të ndryshuar.

Jo të gjithë shkencëtarët ndajnë bindjet e fizikanit britanik. Megjithatë, as ata nuk guxojnë t'i sfidojnë. Sot, e gjithë bota është në pritje të botimeve të reja të Hawking, në të cilat ai premtoi të konfirmojë në detaje dhe përfundimisht objektivitetin e teorisë së tij, e cila e ktheu botën shkencore me kokë poshtë.

Për më tepër, shkencëtarët arritën të merrnin rrezatim Hawking në kushte laboratorike. Kjo ka ndodhur në vitin 2010.

Ekziston një fenomen që pasqyron fenomene të tilla të ndryshme si vrimat e zeza dhe grimcat elementare në bashkëveprimin e tyre. A është ky rrezatim Hawking apo kuantik...

Nga Masterweb

26.06.2018 18:00

Vrimat e zeza dhe grimcat elementare. Fizika moderne lidh së bashku konceptet e këtyre objekteve, e para prej të cilave përshkruhen në kuadrin e teorisë së gravitetit të Ajnshtajnit, dhe e dyta - në ndërtimet matematikore të teorisë së fushës kuantike. Dihet se këto dy teori të bukura dhe shumë herë të konfirmuara eksperimentalisht nuk janë shumë “miqësore” me njëra-tjetrën. Megjithatë, ekziston një fenomen që pasqyron dukuri kaq të ndryshme në ndërveprimin e tyre. Ky është rrezatimi Hawking ose avullimi kuantik i vrimave të zeza. Cfare eshte? Si punon? A mund të zbulohet? Ne do të flasim për këtë në artikullin tonë.

Vrimat e zeza dhe horizontet e tyre

Le të imagjinojmë një rajon të vazhdimësisë hapësirë-kohore të zënë nga një trup fizik, për shembull, një yll. Nëse ky rajon karakterizohet nga një raport i tillë i rrezes dhe masës në të cilin lakimi gravitacional i kontinumit nuk lejon që asgjë (madje edhe një rreze drite) të largohet prej tij, një rajon i tillë quhet vrimë e zezë. Në një farë kuptimi, është me të vërtetë një vrimë, një hendek në vazhdimësi, siç përshkruhet shpesh në ilustrime duke përdorur një paraqitje dy-dimensionale të hapësirës.

Megjithatë, në këtë rast ne do të na interesojë jo thellësia e zgavrësimit të kësaj vrime, por kufiri i vrimës së zezë, i quajtur horizonti i ngjarjeve. Kur shqyrtojmë rrezatimin Hawking, një tipar i rëndësishëm i horizontit është se kalimi i kësaj sipërfaqeje përgjithmonë dhe plotësisht ndan çdo objekt fizik nga hapësira e jashtme.

Rreth vakumit dhe grimcave virtuale

Në kuptimin e teorisë kuantike të fushës, vakuumi nuk është aspak zbrazëti, por një medium i veçantë (më saktë, një gjendje e materies), domethënë një fushë në të cilën të gjithë parametrat kuantikë janë të barabartë me zero. Energjia e një fushe të tillë është minimale, por nuk duhet të harrojmë parimin e pasigurisë. Në përputhje të plotë me të, vakuumi shfaq aktivitet luhatje spontane. Shprehet në dridhje të energjisë, e cila nuk shkel ligjin e ruajtjes.

Sa më i lartë të jetë kulmi i luhatjes së energjisë së vakumit, aq më e shkurtër është kohëzgjatja e tij. Nëse një dridhje e tillë ka një energji prej 2 mc2, e mjaftueshme për të prodhuar një palë grimca, ato do të shfaqen, por do të asgjësohen menjëherë pa pasur kohë për t'u ndarë. Në këtë mënyrë ata do të zbehin luhatjen. Grimca të tilla virtuale lindin për shkak të energjisë së vakumit dhe e kthejnë këtë energji tek ai pas vdekjes së tyre. Ekzistenca e tyre është konfirmuar eksperimentalisht, për shembull, duke regjistruar efektin e famshëm Casimir, i cili demonstron presionin e një gazi të grimcave virtuale në një makroobjekt.

Për të kuptuar rrezatimin Hawking, është e rëndësishme që grimcat në një proces të tillë (qofshin elektrone me pozitron apo fotone) të lindin domosdoshmërisht në çifte dhe momenti i tyre total të jetë zero.

Të armatosur me luhatje vakumi në formën e çifteve virtuale, ne do t'i afrohemi skajit të vrimës së zezë dhe do të shohim se çfarë ndodh atje.

Në buzë të humnerës

Falë pranisë së një horizonti ngjarjesh, një vrimë e zezë është në gjendje të ndërhyjë në procesin e lëkundjeve spontane të vakumit. Forcat e baticës në sipërfaqen e vrimës janë të mëdha, dhe fusha gravitacionale këtu është jashtëzakonisht johomogjene. Ajo rrit dinamikën e këtij fenomeni. Çiftet e grimcave duhet të krijohen shumë më aktivisht sesa në mungesë të forcave të jashtme. Vrima e zezë shpenzon energjinë e saj gravitacionale në këtë proces.

Asgjë nuk e pengon njërën prej grimcave të "zhytet" nën horizontin e ngjarjes nëse momenti i saj drejtohet në përputhje me rrethanat dhe lindja e çiftit ndodh pothuajse në horizont (në këtë rast, vrima shpenzon energji për të thyer çiftin). Atëherë nuk do të ketë asgjësim dhe partneri i grimcës së shkathët do të fluturojë larg nga vrima e zezë. Si rezultat, energjia dhe, rrjedhimisht, masa e vrimës zvogëlohet me një sasi të barabartë me masën e të arratisurit. Kjo "humbje peshe" quhet avullimi i vrimës së zezë.

Kur përshkruante rrezatimin e vrimave të zeza, Hawking operoi me grimca virtuale. Ky është ndryshimi midis teorisë së tij dhe këndvështrimit të Gribov, Zeldovich dhe Starobinsky, të shprehur në 1973. Fizikanët sovjetikë pastaj theksuan mundësinë e tunelimit kuantik të grimcave reale përmes horizontit të ngjarjeve, si rezultat i të cilit vrima e zezë duhet të ketë rrezatim.

Çfarë është rrezatimi Hawking

Vrimat e zeza, sipas teorisë së shkencëtarit, nuk lëshojnë asgjë vetë. Megjithatë, fotonet që largohen nga një vrimë e zezë kanë një spektër termik. Për një vëzhgues, kjo "dalje" e grimcave duhet të duket sikur vrima, si çdo trup i ndezur, po lëshon një lloj rrezatimi, duke humbur natyrshëm energji gjatë procesit. Ju madje mund të llogarisni temperaturën e krahasueshme me rrezatimin Hawking duke përdorur formulën PM=(h∙c3)/(16п2∙k∙G∙M), ku h është konstanta e Plankut (nuk është dhënë!), c është shpejtësia e dritës, k është konstanta e Boltzmann-it, G është konstanta gravitacionale, M është masa e vrimës së zezë. Përafërsisht kjo temperaturë do të jetë e barabartë me 6,169∙10-8 K∙(M0/M), ku M0 është masa e Diellit. Rezulton se sa më masive të jetë vrima e zezë, aq më e ulët është temperatura që korrespondon me rrezatimin.

Por një vrimë e zezë nuk është një yll. Duke humbur energjinë, nuk ftohet. Anasjelltas! Ndërsa masa zvogëlohet, vrima bëhet "më e nxehtë". Humbja e masës nënkupton gjithashtu një ulje të rrezes. Si rezultat, avullimi ndodh me intensitet në rritje. Nga kjo rrjedh se vrimat e vogla duhet të përfundojnë avullimin e tyre me një shpërthim. Vërtetë, tani për tani vetë ekzistenca e mikrovrimave të tilla mbetet hipotetike.

Ekziston një përshkrim alternativ i procesit Hawking, bazuar në efektin Unruh (gjithashtu hipotetik), i cili parashikon regjistrimin e rrezatimit termik nga një vëzhgues përshpejtues. Nëse lidhet me një kornizë referimi inerciale, nuk do të zbulojë asnjë rrezatim. Për një vëzhgues, vakuumi rreth një objekti të përshpejtuar në kolaps do të mbushet gjithashtu me rrezatim me karakteristika termike.

Problemi i informacionit

Problemi që ka krijuar teoria e rrezatimit të Hawking është për shkak të të ashtuquajturës "teorema pa flokë" e një vrime të zezë. Thelbi i saj, shkurtimisht, është si vijon: vrima është krejtësisht indiferente ndaj karakteristikave që kishte objekti që ra përtej horizontit të ngjarjeve. E vetmja gjë që ka rëndësi është masa me të cilën është rritur vrima. Informacioni për parametrat e trupit që ka rënë në të ruhet brenda, megjithëse është i paarritshëm për vëzhguesin. Dhe teoria e Hawking na thotë se vrimat e zeza, rezulton, nuk janë të përjetshme. Rezulton se informacioni që do të ishte ruajtur në to zhduket së bashku me vrimat. Për fizikantët, kjo situatë nuk është e mirë, pasi çon në probabilitete krejtësisht të pakuptimta për procese individuale.

Kohët e fundit ka pasur zhvillime pozitive në zgjidhjen e këtij paradoksi, duke përfshirë pjesëmarrjen e vetë Hawking. Në vitin 2015, u tha se, falë vetive të veçanta të vakumit, është e mundur të identifikohet një numër i pafund parametrash të rrezatimit të një vrime, domethënë të "tërheqë" informacionin prej saj.

Problemi i regjistrimit

Vështirësia e zgjidhjes së paradokseve të tilla shtohet nga fakti se rrezatimi Hawking nuk mund të zbulohet. Le t'i hedhim një vështrim tjetër formulës së mësipërme. Tregon sa të ftohta janë vrimat e zeza - njëqind e milionat e Kelvinit për vrimat me masë diellore dhe një rreze prej tre kilometrash! Ekzistenca e tyre është shumë e dyshimtë.

Megjithatë, ka shpresë për vrima të zeza mikroskopike (të nxehta, relikte). Por deri më tani askush nuk i ka vëzhguar këta dëshmitarë të parashikuar teorikisht të epokave më të hershme të Universit.

Së fundi, duhet të shtojmë pak optimizëm. Në vitin 2016, u shfaq një mesazh në lidhje me zbulimin e një analoge të rrezatimit kuantik Hawking në një model akustik të horizontit të ngjarjeve. Analogjia bazohet gjithashtu në efektin Unruh. Edhe pse ka një shtrirje të kufizuar zbatueshmërie, për shembull, nuk lejon studimin e zhdukjes së informacionit, ka shpresë se një kërkim i tillë do të ndihmojë në krijimin e një teorie të re të vrimave të zeza që merr parasysh fenomenet kuantike.

Rruga Kievyan, 16 0016 Armenia, Yerevan +374 11 233 255

Kryesisht fotone, vrima e zezë. Për shkak të energjisë dhe "href="http://ru.wikipedia.org/wiki/%D0%97%D0%B0%D0%BA%D0%BE%D0%BD_%D1%81%D0%BE%D1 %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">ligji i ruajtjes së energjisë dhe , ky proces shoqërohet me një ulje të masës së vrimës së zezë, d.m.th., "avullim" të saj. Parashikuar teorikisht nga Stephen Hawking në 1973. Puna e Hawking u parapri nga vizita e tij në Moskë në vitin 1973, ku ai u takua me shkencëtarët sovjetikë Yakov Zeldovich dhe Alexander Starobinsky, ata i demonstruan Hawking-ut se, sipas parimit të pasigurisë së mekanikës kuantike, vrimat e zeza që rrotullohen duhet të gjenerojnë dhe lëshojnë grimca.

Avullimi i një vrime të zezë është një proces thjesht kuantik. Fakti është se koncepti i një vrime të zezë si një objekt që nuk lëshon asgjë, por mund të thithë vetëm lëndën, është i vlefshëm për sa kohë që efektet kuantike nuk merren parasysh. Në mekanikën kuantike, falë tunelimit, bëhet e mundur të kapërcehen barrierat e mundshme që janë të pakapërcyeshme për një sistem jo-kuantik.

Në rastin e një vrime të zezë, situata duket kështu. Në teorinë kuantike të fushës, vakuumi fizik është i mbushur me luhatje vazhdimisht që shfaqen dhe zhduken të fushave të ndryshme (mund të thuhet "grimca virtuale"). Në fushën e forcave të jashtme, dinamika e këtyre luhatjeve ndryshon dhe nëse forcat janë mjaft të forta, çiftet grimcë-antigrimcë mund të lindin drejtpërdrejt nga vakuumi. Procese të tilla ndodhin gjithashtu pranë (por ende jashtë) horizontit të ngjarjeve të një vrime të zezë. Në këtë rast, një rast është i mundur kur energjia totale i i antigrimcës rezulton negative, dhe energjia totale i i grimcës rezulton pozitive. Duke rënë në një vrimë të zezë, një antigrimcë zvogëlon energjinë e saj totale të pushimit, dhe rrjedhimisht masën e saj, ndërsa grimca është në gjendje të fluturojë deri në pafundësi. Për një vëzhgues të largët, kjo duket si rrezatim nga një vrimë e zezë.

E rëndësishme nuk është vetëm fakti i rrezatimit, por edhe fakti që ky rrezatim ka një spektër termik. Kjo do të thotë se rrezatimi pranë horizontit të ngjarjeve të një vrime të zezë mund të shoqërohet me një temperaturë të caktuar

ku është konstanta e Plankut, c- shpejtësia e dritës në vakum, k- konstante Boltzmann, G- konstante gravitacionale, dhe, së fundi, M- masa e vrimës së zezë. Duke zhvilluar teorinë, është e mundur të ndërtohet termodinamika e plotë e vrimave të zeza.

Megjithatë, kjo qasje ndaj një vrime të zezë është në konflikt me mekanikën kuantike dhe çon në problemin e zhdukjes së informacionit në një vrimë të zezë.

Efekti ende nuk është konfirmuar nga vëzhgimet. Sipas relativitetit të përgjithshëm, gjatë formimit të Universit, duhet të kishin lindur vrima të zeza primordiale, disa prej të cilave (me një masë fillestare prej 10 12 kg) duhet të përfundonin së avulluari në kohën tonë. Meqenëse shpejtësia e avullimit rritet me zvogëlimin e madhësisë së vrimës së zezë, fazat përfundimtare duhet të jenë në thelb një shpërthim i vrimës së zezë. Deri më tani, nuk janë regjistruar shpërthime të tilla.

Konfirmimi eksperimental

Studiuesit nga Universiteti i Milanos pohojnë se ata ishin në gjendje të vëzhgonin efektin e rrezatimit Hawking, duke krijuar antipodin e një vrime të zezë - të ashtuquajturën vrima e bardhë. Ndryshe nga një vrimë e bardhë, e cila "thith" të gjithë lëndën dhe rrezatimin nga jashtë, një vrimë e bardhë ndalon plotësisht dritën që hyn në të, duke krijuar kështu një kufi, një horizont ngjarjesh. Në eksperiment rolin e një vrime të bardhë e luante një kristal kuarci, i cili kishte një strukturë të caktuar dhe vendosej në kushte të veçanta, brenda së cilës fotonet e dritës ndaleshin plotësisht. Duke ndriçuar kristalin e lartpërmendur me dritë lazer infra të kuqe, shkencëtarët zbuluan dhe konfirmuan ekzistencën e efektit të riemetimit, rrezatimit Hawking.

Fizikani Jeff Steinhauer nga Instituti i Teknologjisë i Izraelit në Haifa zbuloi rrezatimin e parashikuar nga Stephen Hawking në vitin 1974. Shkencëtari krijoi një analog akustik të një vrime të zezë dhe tregoi në eksperimente se rrezatimi i një natyre kuantike buron prej saj. Artikulli u botua në revistën Nature Physics dhe BBC News raportoi shkurtimisht mbi studimin.
...Nuk është ende e mundur të zbulohet ky rrezatim nga një vrimë e zezë e vërtetë, pasi është shumë e dobët. Prandaj, Steinhauer përdori analogun e tij - të ashtuquajturën "vrima e verbër". Për të modeluar horizontin e ngjarjeve të një vrime të zezë, ai mori një kondensatë Bose-Einstein të atomeve të rubidiumit të ftohur në temperatura afër zeros absolute.
Shpejtësia e përhapjes së zërit në të është shumë e ulët - rreth 0,5 mm/sek. Dhe nëse krijoni një kufi, në njërën anë të të cilit atomet lëvizin me shpejtësi nënsonike, dhe nga ana tjetër, ata përshpejtohen në shpejtësi supersonike, atëherë ky kufi do të jetë i ngjashëm me horizontin e ngjarjeve të një vrime të zezë. Në eksperiment, kuantet atomike - në këtë rast fononet - u kapën në një rajon me shpejtësi supersonike. Çiftet e fononeve ishin të ndara, njëri ishte në një rajon dhe i dyti në një tjetër. Korrelacionet e regjistruara nga shkencëtari tregojnë se grimcat janë të ngatërruara kuantike.