Xoking radiatsiyasi: boshqa sirlar yo'q. Xoking nurlanishi: tushunchasi, xususiyatlari va nazariyasi muammolari Xoking zarralari

Xoking nurlanishi - bu 1974 yilda ingliz olimi Stiven Xoking tomonidan nazariy jihatdan tavsiflangan turli xil elementar zarrachalarning emissiya jarayoni.

Stiven Xokingning asarlari nashr etilishidan ancha oldin, qora tuynuklardan zarrachalar nurlanishi ehtimolini sovet nazariyotchi fizigi Vladimir Gribov boshqa olim Yakov Zeldovich bilan suhbatda bildirgan.

O'ttiz yoshli Stiven Xoking qora tuynuk yaqinidagi elementar zarrachalarning harakatini o'rganayotganda 1973 yilda Moskvaga tashrif buyurdi. Poytaxtda u ikki taniqli sovet olimlari Aleksey Starobinskiy va Yakov Zeldovich bilan ilmiy munozarada qatnashishga muvaffaq bo'ldi. Gribovning g‘oyasi ustida bir qancha vaqt ishlagandan so‘ng, ular tunnel effekti tufayli qora tuynuklar nurlanishi mumkin degan xulosaga kelishdi. Ikkinchisi, kvant fizikasi nuqtai nazaridan, zarrachaning har qanday to'siqni engib o'tish ehtimoli borligini anglatadi. Ushbu mavzuga qiziqib qolgan Xoking bu masalani batafsil o'rganib chiqdi va 1974 yilda o'z asarini nashr etdi, keyinchalik bu radiatsiyani uning nomi bilan ataydi.

Stiven Xoking qora tuynukdan zarrachalar chiqarish jarayonini biroz boshqacha tasvirlagan. Bunday nurlanishning asosiy sababi "virtual zarralar" deb ataladi.

Zarrachalar orasidagi o'zaro ta'sirlarni tavsiflash jarayonida olimlar ular orasidagi o'zaro ta'sirlar ma'lum kvantlarning ("ayrim fizik miqdorning qismlari") almashinuvi orqali sodir bo'ladi degan fikrga kelishdi. Masalan, elektron va proton orasidagi atomdagi elektromagnit o'zaro ta'sir fotonlar almashinuvi (elektromagnit o'zaro ta'sir tashuvchilar) orqali sodir bo'ladi.

Biroq, keyin keyingi muammo paydo bo'ladi. Agar biz bu elektronni erkin zarracha deb hisoblasak, u hech qanday holatda energiyani saqlash printsipiga ko'ra, fotonni chiqara olmaydi yoki yutmaydi. Ya'ni, u hech qanday energiyani yo'qota olmaydi yoki qo'lga kirita olmaydi. Keyin olimlar "virtual zarralar" deb nomlangan narsalarni yaratdilar. Ikkinchisi haqiqiylardan farq qiladi, chunki ular tug'iladi va shu qadar tez yo'qoladiki, ularni ro'yxatga olishning iloji yo'q. Virtual zarralar hayotlarining qisqa vaqtlarida qila oladigan narsa - bu energiyani o'tkazmasdan, impulsni boshqa zarrachalarga o'tkazishdir.

Shunday qilib, ba'zi jismoniy tebranishlar (normadan tasodifiy og'ishlar) tufayli bo'sh joy ham doimiy ravishda tug'ilib, yo'q bo'lib ketadigan ushbu virtual zarralar bilan to'lib-toshgan.

Xoking radiatsiyasi

Sovet fiziklaridan farqli o'laroq, Stiven Xokingning nurlanish tavsifi kvant maydon nazariyasining ajralmas qismi bo'lgan mavhum, virtual zarrachalarga asoslanadi. Britaniyalik nazariy fizik bu virtual zarrachalarning qora tuynukdan o'z-o'zidan paydo bo'lishini ko'rib chiqmoqda. Bunday holda, qora tuynukning kuchli tortishish maydoni virtual zarralarni ular yo'q qilinishidan oldin ham "tortib olish" va shu bilan ularni haqiqiyga aylantirishga qodir. Shunga o'xshash jarayonlar eksperimental ravishda sinxofazotronlarda kuzatiladi, bu erda olimlar ma'lum miqdorda energiya sarflagan holda bu zarralarni ajratishga muvaffaq bo'lishadi.

Fizika nuqtai nazaridan, massa, spin, energiya va boshqa xususiyatlarga ega bo'lgan haqiqiy zarralarning bo'sh kosmosda "yo'qdan" paydo bo'lishi energiyaning saqlanish qonuniga ziddir va shuning uchun oddiygina mumkin emas. Shuning uchun, virtual zarralarni haqiqiyga "o'zgartirish" uchun taniqli qonunga ko'ra, bu ikki zarrachaning umumiy massasidan kam bo'lmagan energiya talab qilinadi. Qora tuynuk ham voqea ufqida virtual zarrachalarni tortib olish uchun bu miqdorda energiya sarflaydi.

Tortish jarayoni natijasida voqea ufqiga yaqinroq yoki hatto undan pastroqda joylashgan zarrachalardan biri haqiqiyga "aylanib" qora tuynuk tomon yo'naltiriladi. Ikkinchisi esa qarama-qarshi yo'nalishda kosmosda erkin sayohatga chiqadi. Matematik hisob-kitoblarni amalga oshirgandan so'ng, qora tuynuk yuzasiga tushgan zarradan olingan energiya (massa) bo'lishiga qaramay, qora tuynukning parchalanish jarayoniga sarflagan energiyasi manfiy ekanligiga ishonch hosil qilish mumkin. Ya'ni, oxir-oqibat, tasvirlangan jarayon natijasida qora tuynuk faqat ma'lum miqdordagi energiyani yo'qotdi, bu esa "tashqariga" uchib ketgan zarrachaning energiyasiga (massasiga) to'liq tengdir.

Shunday qilib, tasvirlangan nazariyaga ko'ra, qora tuynuk hech qanday zarrachalar chiqarmasa ham, bu jarayonga hissa qo'shadi va ekvivalent energiyani yo'qotadi. Eynshteynning yuqorida aytib o'tilgan massa va energiya ekvivalentligi qonunidan so'ng, qora tuynukning o'z massasidan boshqa energiya oladigan joyi yo'qligi ayon bo'ladi.

Yuqorida aytilganlarning barchasini umumlashtirib aytishimiz mumkinki, qora tuynuk zarracha chiqaradi va shu bilan birga bir oz massasini yo'qotadi. Oxirgi jarayon "qora tuynukning bug'lanishi" deb nomlangan. Xoking radiatsiya nazariyasiga asoslanib, bir muncha vaqt o'tgach, juda uzoq (trillionlab yillar) bo'lsa ham, qora tuynuklar oddiygina ekanligini taxmin qilish mumkin.

Qiziq faktlar

• Ko'pchilik Katta adron to'qnashuvida (LHC) qora tuynuklar paydo bo'lishi va yer aholisi hayotiga xavf tug'dirishi mumkinligidan qo'rqishadi. LHCda qora tuynuklarning paydo bo'lishi faqat fazo-vaqtning qo'shimcha o'lchamlari va qisqa masofalarda kuchli tortishish o'zaro ta'siri mavjud bo'lganda mumkin. Biroq, bu tarzda hosil bo'lgan mikroskopik qora tuynuk Xoking nurlanishi tufayli bir zumda bug'lanadi.
• Xoking nurlanishiga asoslanib, yagona reaktor yoki kollapsar reaktor ishlashi mumkin - mikroskopik qora tuynuklarni hosil qiluvchi faraziy qurilma. Ularning bug'lanishi natijasida hosil bo'lgan radiatsiya energiyasi reaktor uchun asosiy energiya manbai bo'ladi.

Katta adron kollayderi qo'rqinchli ko'rinishga ega bo'lsa-da, Xoking nurlanishidan qo'rqadigan narsa yo'q.

• Stiven Xoking qora tuynuk nurlanishiga oid asarini nashr etgach, boshqa mashhur olim Kip Torn bilan bahslashdi. Bahs mavzusi qora tuynuk deb nomlangan ob'ektning tabiati edi. Xokingning ishi qora tuynuklar mavjudligi haqidagi farazga asoslangan bo'lsa-da, u Cygnus X-1 qora tuynuk emasligini ta'kidladi. Shunisi e'tiborga loyiqki, garovlar jurnallarga obuna bo'lgan. Tornning taklifi Private Eye satirik jurnaliga 4 yillik obuna bo'lgan bo'lsa, Xokingning taklifi esa Pentxaus erotik jurnaliga bir yillik obuna edi. Stiven bahsda o'z bayonotining mantiqiyligini quyidagicha ta'kidladi: "Agar men qora tuynuklar mavjudligini tasdiqlashda noto'g'ri bo'lib chiqsam ham, hech bo'lmaganda jurnalga obuna bo'laman".

Xoking va mikrogravitatsiya (KusishKometa)

Bunday stsenariyda qora tuynukni hosil qilgan yoki unga tushgan materiya haqidagi barcha boshqa ma'lumotlar (buning uchun "soch" metafora sifatida ishlatiladi) qora tuynukning voqealar ufqidan tashqarida "yo'qoladi" va shuning uchun saqlanib qoladi, lekin ularga kirish imkoni bo'lmaydi. tashqi kuzatuvchilarga.

1973 yilda Xoking Moskvaga borib, sovet olimlari Yakov Zeldovich va Aleksey Starobinskiy bilan uchrashdi. Ular bilan o'z ishlari bo'yicha munozaralarda ular unga noaniqlik printsipi qora tuynuklar zarrachalar chiqarishi kerakligini anglatishini ko'rsatdilar. Bu Xokingning qora tuynuk termodinamikasining ikkinchi qonunini shubha ostiga qo'ydi (ya'ni qora tuynuklar kichraymaydi), chunki ular energiyani yo'qotganda massasini yo'qotishi kerak.

Bundan tashqari, u Jon Uiler universiteti aspiranti Jeykob Bekenshteyn tomonidan ilgari surilgan qora tuynuklar chekli, nolga teng bo'lmagan harorat va entropiyaga ega bo'lishi kerakligi haqidagi nazariyani qo'llab-quvvatladi. Bularning barchasi "sochsiz teorema" ga zid edi. Tez orada Xoking o'z teoremasini qayta ko'rib chiqdi va kvant mexanik ta'sirlari hisobga olinsa, qora tuynuklar ma'lum bir haroratning termal nurlanishini chiqarishi aniqlanganligini ko'rsatdi.

1974 yilda Xoking o'z topilmalarini taqdim etdi va qora tuynuklar radiatsiya chiqarishini ko'rsatdi. Bu ta'sir "Xoking nurlanishi" nomi bilan mashhur bo'ldi va dastlab bahsli edi. Ammo 70-yillarning oxiriga kelib va ​​keyingi tadqiqotlar nashr etilgandan so'ng, kashfiyot nazariy fizika sohasidagi muhim yutuq sifatida tan olindi.

Biroq, bunday nazariyaning oqibatlaridan biri shundaki, qora tuynuklar asta-sekin massa va energiyani yo'qotadi. Shu sababli, massasi olganidan ko'ra ko'proq yo'qotadigan qora tuynuklar qisqarishi va oxir-oqibat yo'q bo'lib ketishi kerak - bu hodisa endi qora tuynukning "bug'lanishi" deb nomlanadi.

1981 yilda Xoking qora tuynukdagi ma'lumotlar qora tuynuk bug'langanda qaytarib bo'lmaydigan tarzda yo'qolishini taklif qildi, bu "qora tuynuk ma'lumot paradoksi" deb nomlandi. Uning ta'kidlashicha, jismoniy ma'lumotlar abadiy qora tuynukda yo'q bo'lib ketishi mumkin, bu esa ko'plab jismoniy holatlarning bittaga yaqinlashishiga imkon beradi.

Nazariya munozarali bo'lib chiqdi, chunki u kvant fizikasining ikkita asosiy tamoyilini buzdi. Kvant fizikasi shuni ta'kidlaydiki, jismoniy tizimning to'liq ma'lumotlari - uning materiyasining holati (massa, joylashuv, spin, harorat va boshqalar) funktsiya yiqilib ketguncha uning to'lqin funktsiyasida kodlanadi. Bu o'z navbatida yana ikkita tamoyilga olib keladi.

Birinchisi, kvant determinizmi, hozirgi to'lqin funktsiyasini hisobga olgan holda, kelajakdagi o'zgarishlar evolyutsiya operatori tomonidan noyob tarzda aniqlanadi. Ikkinchisi - qaytaruvchanlik - evolyutsiya operatorining teskari tomoni borligini bildiradi, ya'ni o'tgan to'lqin funktsiyalari ham noyobdir. Ushbu tamoyillarning kombinatsiyasi materiyaning kvant holati haqidagi ma'lumotlar doimo saqlanishi kerakligiga olib keladi.

Xoking Oq uyda Ozodlik medalini olish uchun

Qora tuynuk bug'langandan keyin ma'lumotlar yo'qoladi, degan fikrni ilgari surgan Xoking, asosan, asosiy paradoksni yaratdi. Agar qora tuynuk bug'lanib, kvant to'lqini funktsiyasi haqidagi barcha ma'lumotlarning yo'qolishiga olib kelishi mumkin bo'lsa, unda ma'lumotlar printsipial jihatdan abadiy yo'qolishi mumkin. Bu savol olimlar o'rtasida munozara mavzusiga aylandi va bugungi kungacha deyarli hal etilmagan.

Shunga qaramay, 2003 yilga kelib, fiziklar orasida Xoking qora tuynukdagi ma'lumotlarning yo'qolishi haqida noto'g'ri ekanligi haqida konsensus mavjud edi. 2004 yilda Dublindagi ma'ruzasida u Kaltekdan Jon Preskillga (1997 yilda qilgan) mavzu bo'yicha garov yutqazganini tan oldi, ammo paradoksning o'ziga xos va bir oz munozarali yechimini tasvirlab berdi: ehtimol qora tuynuklar ko'proq narsaga ega bo'lishi mumkin. bitta topologiyadan ko'ra.

2005 yilda u "Qora tuynuklarda ma'lumot yo'qolishi" mavzusida chop etilgan maqolasida u axborot paradoksi koinotlarning barcha muqobil tarixlarini o'rganish bilan izohlanadi, bu erda qora tuynuklar bilan birida ma'lumot yo'qolishi boshqasida ularsiz qoplanadi. Natijada, 2014 yil yanvar oyida Xoking qora tuynuk ma'lumot paradoksini o'zining "eng katta xatosi" deb atadi.

Katta adron kollayderida Xoking va Piter Xiggs

Umumiy nisbiylik va kvant mexanikasidan foydalangan holda qora tuynuklar va kosmologiya haqidagi tushunchamizni kengaytirishdan tashqari, Stiven Xoking fanni kengroq auditoriyaga yetkazishda ham muhim rol o‘ynadi. Uzoq ilmiy faoliyati davomida u ko'plab mashhur kitoblarni nashr etdi, sayohat qildi va keng ma'ruzalar o'qidi, teleko'rsatuvlar va filmlarda paydo bo'ldi.

Faoliyati davomida Xoking ham taniqli pedagog bo‘lib, shaxsan 39 nafar muvaffaqiyatli talabalarni doktorlik dissertatsiyasini tamomlagan. Uning nomi yerdan tashqari intellektni izlash, robototexnika va sun'iy intellektni rivojlantirish tarixida qoladi. 2015-yil 20-iyulda Stiven Xoking koinotda yerdan tashqari hayotni izlash tashabbusi bo‘lgan Breakthrough Initiatives tashabbusini ishga tushirishga yordam berdi.

Shubhasiz, Stiven Xoking bugungi kunda yashayotgan eng mashhur olimlardan biridir. Uning astrofizika va kvant mexanikasidagi ishi fazo va vaqt haqidagi tushunchamizdagi yutuqlarga olib keldi, shuningdek, olimlar o'rtasida ko'plab tortishuvlarga sabab bo'ldi. Keng omma e’tiborini ilm-fanga jalb qilish uchun bunchalik katta ishlarni amalga oshirgan tirik olim deyarli yo‘q.

Xokingda jaholatga qarshi kurashish va ilm-fanni rivojlantirish uchun hamma narsani qilgan yana bir nufuzli va mashhur olim Albert Eynshteyndan bir narsa bor. Ammo, ayniqsa, hayratlanarlisi shundaki, Xoking o'z hayotida qilgan barcha ishlari (ma'lum bir vaqtdan boshlab) degenerativ kasallikka qarshi o'jar kurashga intilishda edi. (Masalan, butunlay harakatsiz holda o'qing.)

Xoking 52 yildan ortiq kasallik bilan yashadi, shifokorlarning fikriga ko'ra, 2 yil ichida uning hayotiga zomin bo'lishi kerak edi. Xoking oramizda yo‘q bo‘lgan kun kelganda, vaqt uni insoniyat tarixidagi eng buyuk olimlardan biri sifatida Eynshteyn, Nyuton, Galiley va Kyuri kabilar qatoriga qo‘yishi shubhasiz.

Zamonamizning eng buyuk kosmologi va nazariy fizigi. 1942 yilda tug'ilgan bo'lajak olim 20 yoshida sog'lig'ida muammolarga duch kela boshladi. Amyotrofik lateral skleroz Oksforddagi Nazariy fizika kafedrasida o'qishni juda qiyinlashtirdi, lekin Stivenni juda faol, voqealarga boy turmush tarzini olib borishiga to'sqinlik qilmadi. U 1965 yilda turmushga chiqdi va 1974 yilda London Qirollik jamiyatining a'zosi bo'ldi. Bu vaqtga kelib u allaqachon bir qiz va ikki o'g'il ko'rgan edi. 1985 yilda olim nutqini to'xtatdi. Bugungi kunda faqat bitta yonoq tanasida harakatchanlikni saqlab qolgan. Bu butunlay harakatsiz va mahkum bo'lib tuyuldi. Biroq, 1995 yilda u yana turmushga chiqadi va 2007 yilda ... u nol tortishish kuchida uchadi.

Er yuzida harakatchanlikdan mahrum bo'lgan va bunday to'liq, foydali va qiziqarli hayot kechiradigan odam yo'q.

Lekin bu hammasi emas. Xokingning eng katta rivojlanishi qora tuynuklar nazariyasi edi. "Xoking nazariyasi", ya'ni hozirda deyilganidek, olimlarning koinotning qora tuynuklari haqidagi uzoq yillik tushunchalarini tubdan o'zgartirdi.

Nazariya ustida ishlashning boshida, olim, ko'plab hamkasblari singari, ularga kiradigan hamma narsa abadiy yo'q bo'lib ketishini ta'kidladi. Ushbu ma'lumot paradoksi butun dunyo bo'ylab harbiy xizmatchilar va olimlarni hayratda qoldirdi. Ushbu kosmik jismlarning massasidan tashqari biron bir xususiyatlarini aniqlash mumkin emas deb hisoblar edi.

1975 yilda qora tuynuklarni o'rganib chiqqan Xoking ular doimiy ravishda kosmosga fotonlar oqimi va boshqa elementar zarrachalarni chiqarishini aniqladi. Biroq, hatto olimning o'zi ham "Xoking nurlanishi" tasodifiy, oldindan aytib bo'lmaydigan ekanligiga amin edi. Britaniyalik olim dastlab bu nurlanish hech qanday ma'lumot olib yurmaydi deb o'ylagan.

Biroq, yorqin aqlning mulki doimiy shubha qilish qobiliyatidir. Xoking o'z tadqiqotini davom ettirdi va Qora tuynukning bug'lanishi (ya'ni Xoking nurlanishi) tabiatda kvant ekanligini aniqladi. Bu unga Qora tuynukga tushgan ma'lumotlar yo'q qilinmagan, balki o'zgartirilgan degan xulosaga kelishga imkon berdi. Teshik holatining doimiy ekanligi haqidagi nazariya kvant bo'lmagan fizika nuqtai nazaridan qaraganda to'g'ri bo'ladi.

Kvant nazariyasini hisobga olgan holda, vakuum turli jismoniy maydonlarni chiqaradigan "virtual" zarralar bilan to'ldiriladi. Radiatsiyaning kuchi doimiy ravishda o'zgarib turadi. U juda kuchli bo'lganda, zarracha-antizarracha juftliklari Qora tuynukning hodisa gorizontida (chegarasida) to'g'ridan-to'g'ri vakuumdan tug'ilishi mumkin. Agar bitta zarraning umumiy energiyasi ijobiy, ikkinchisi esa salbiy bo'lib chiqsa, agar zarralar bir vaqtning o'zida Qora tuynukga tushib qolgan bo'lsa, ular boshqacha harakat qila boshlaydilar. Salbiy antipartikul Qora tuynukning qolgan energiyasini kamaytira boshlaydi, musbat zarracha esa cheksizlikka intiladi.

Tashqi tomondan, bu jarayon qora tuynukdan bug'lanishga o'xshaydi. Bu "Xoking nurlanishi" deb ataladigan narsa. Olim buzuq ma'lumotlarning bu "bug'lanishi" asboblarga ko'rinadigan o'zining termal spektriga va ma'lum bir haroratga ega ekanligini aniqladi.

Xoking nurlanishi, olimning fikricha, Qora tuynukda barcha ma'lumotlar yo'qolib, abadiy yo'qolib ketmasligidan dalolat beradi. U kvant fizikasi axborotni to‘liq yo‘q qilish yoki yo‘qotish mumkin emasligini isbotlashiga ishonadi. Bu shuni anglatadiki, Xoking nurlanishi o'zgartirilgan shaklda bo'lsa ham, bunday ma'lumotlarni o'z ichiga oladi.

Agar olimning fikri to‘g‘ri bo‘lsa, Qora tuynuklarning o‘tmishi va kelajagi boshqa sayyoralar tarixi kabi o‘rganilishi mumkin.

Afsuski, Qora tuynuklar yordamida vaqt yoki boshqa koinotlarga sayohat qilish imkoniyati haqidagi fikr. Xoking nurlanishining mavjudligi teshikka tushgan har qanday ob'ekt o'zgartirilgan ma'lumot shaklida bizning koinotimizga qaytishini isbotlaydi.

Britaniyalik fizikning fikriga hamma olimlar ham qo‘shilmaydi. Biroq, ular ham ularga qarshi chiqishga jur'at etmaydilar. Bugun butun dunyo Xokingning yangi nashrlarini kutmoqda, ularda u o'z nazariyasining ob'ektivligini batafsil va qat'iy tasdiqlashga va'da berdi, bu ilm-fan olamini ostin-ustun qildi.

Bundan tashqari, olimlar laboratoriya sharoitida Xoking nurlanishini olishga muvaffaq bo'lishdi. Bu 2010 yilda sodir bo'lgan.

Ularning o'zaro ta'sirida qora tuynuklar va elementar zarralar kabi turli xil hodisalarni aks ettiruvchi hodisa mavjud. Bu Xoking radiatsiyasimi yoki kvantmi...

Masterweb dan

26.06.2018 18:00

Qora tuynuklar va elementar zarralar. Zamonaviy fizika ushbu ob'ektlarning tushunchalarini bir-biriga bog'laydi, ularning birinchisi Eynshteynning tortishish nazariyasi doirasida, ikkinchisi - kvant maydon nazariyasining matematik konstruktsiyalarida tasvirlangan. Ma'lumki, bu ikki go'zal va ko'p marta tasdiqlangan eksperimental nazariyalar bir-biriga juda "do'stona" emas. Biroq, ularning o'zaro ta'sirida bunday turli xil hodisalarni aks ettiruvchi hodisa mavjud. Bu Xoking nurlanishi yoki qora tuynuklarning kvant bug'lanishi. Bu nima? Bu qanday ishlaydi? Uni aniqlash mumkinmi? Bu haqda maqolamizda gaplashamiz.

Qora tuynuklar va ularning ufqlari

Keling, fazo-vaqt kontinuumining ba'zi bir mintaqasini jismoniy jism, masalan, yulduz egallaganini tasavvur qilaylik. Agar bu mintaqa radius va massaning shunday nisbati bilan tavsiflansa, unda kontinuumning tortishish egriligi uni hech narsa (hatto yorug'lik nuri) tark etishga imkon bermaydi, bunday hudud qora tuynuk deb ataladi. Qaysidir ma'noda, bu haqiqatan ham kontinuumdagi teshik, bo'shliq, chunki u ko'pincha makonning ikki o'lchovli tasviri yordamida tasvirlangan.

Biroq, bu holda bizni bu teshikning esnash chuqurligi emas, balki hodisa gorizonti deb ataladigan qora tuynuk chegarasi qiziqtiradi. Xoking nurlanishini ko'rib chiqayotganda, ufqning muhim xususiyati shundaki, bu sirtni doimiy ravishda kesib o'tish har qanday jismoniy ob'ektni kosmosdan butunlay ajratib turadi.

Vakuum va virtual zarralar haqida

Kvant maydon nazariyasini tushunishda vakuum umuman bo'shlik emas, balki maxsus muhit (aniqrog'i materiya holati), ya'ni barcha kvant parametrlari nolga teng bo'lgan maydondir. Bunday maydonning energiyasi minimal, ammo noaniqlik printsipi haqida unutmasligimiz kerak. Unga to'liq mos ravishda, vakuum o'z-o'zidan tebranish faolligini namoyon qiladi. U energiya tebranishlarida ifodalanadi, bu saqlanish qonunini buzmaydi.

Vakuum energiyasining tebranish cho'qqisi qanchalik baland bo'lsa, uning davomiyligi shunchalik qisqa bo'ladi. Agar bunday tebranish bir juft zarracha hosil qilish uchun etarli bo'lgan 2mc2 energiyaga ega bo'lsa, ular paydo bo'ladi, lekin bir-biridan uchib ketishga ulgurmasdan darhol yo'q bo'lib ketadi. Shu tarzda ular tebranishlarni susaytiradi. Bunday virtual zarralar vakuum energiyasi tufayli tug'iladi va o'limdan keyin bu energiyani unga qaytaradi. Ularning mavjudligi eksperimental tarzda tasdiqlangan, masalan, makroob'ektga virtual zarrachalar gazining bosimini ko'rsatadigan mashhur Casimir effektini qayd etish orqali.

Xoking nurlanishini tushunish uchun bunday jarayondagi zarralar (hoh u pozitronli elektronlar, xoh fotonlar bo'lsin) albatta juft bo'lib tug'ilishi va ularning umumiy impulsi nolga teng bo'lishi muhimdir.

Virtual juftliklar ko'rinishidagi vakuum tebranishlari bilan qurollangan holda, biz qora tuynukning chetiga yaqinlashamiz va u erda nima sodir bo'lishini ko'ramiz.

Chuqurlikning chetida

Hodisa gorizonti mavjudligi tufayli qora tuynuk o'z-o'zidan vakuum tebranishlari jarayoniga xalaqit berishi mumkin. Teshik yuzasida to'lqin kuchlari juda katta va bu erda tortishish maydoni juda bir xil emas. Bu hodisaning dinamikasini kuchaytiradi. Zarrachalar juftlari tashqi kuchlar yo'qligidan ko'ra ancha faolroq yaratilishi kerak. Qora tuynuk o'zining tortishish energiyasini bu jarayonga sarflaydi.

Zarrachalardan birining hodisa gorizonti ostida "sho'ng'ishi" ga hech narsa to'sqinlik qilmaydi, agar uning momentumi mos ravishda yo'naltirilsa va juftlikning tug'ilishi deyarli eng gorizontda sodir bo'lsa (bu holda, teshik juftlikni buzish uchun energiya sarflaydi). Shunda hech qanday yo'q bo'lmaydi va chaqqon zarrachaning sherigi qora tuynukdan uchib ketadi. Natijada, energiya va shuning uchun teshikning massasi qochqinning massasiga teng miqdorda kamayadi. Ushbu "vazn yo'qotish" qora tuynuk bug'lanishi deb ataladi.

Qora tuynuklarning nurlanishini tasvirlashda Xoking virtual zarrachalar bilan ishlagan. Bu uning nazariyasi va Gribov, Zeldovich va Starobinskiyning 1973 yilda ifodalangan nuqtai nazari o'rtasidagi farqdir. Keyin sovet fiziklari voqea gorizonti orqali haqiqiy zarrachalarni kvant tunnel qilish imkoniyatiga ishora qildilar, buning natijasida qora tuynuk radiatsiyaga ega bo'lishi kerak.

Xoking radiatsiyasi nima

Qora tuynuklar, olimning nazariyasiga ko'ra, o'zlari hech narsa chiqarmaydi. Biroq, qora tuynukdan chiqadigan fotonlar termal spektrga ega. Kuzatuvchiga, zarrachalarning bu "chiqib ketishi" teshik har qanday qizdirilgan jism kabi qandaydir nurlanish chiqaradigandek ko'rinishi kerak, bu jarayonda tabiiy ravishda energiya yo'qotadi. Siz hatto PM=(h∙c3)/(16p2∙k∙G∙M) formulasi yordamida Xoking nurlanishi bilan solishtiriladigan haroratni hisoblashingiz mumkin, bu erda h - Plank doimiysi (berilmagan!), c - yorug'lik tezligi, k Boltsman doimiysi, G - tortishish doimiysi, M - qora tuynuk massasi. Taxminan bu harorat 6,169∙10-8 K∙(M0/M) ga teng bo'ladi, bu erda M0 - Quyoshning massasi. Ma'lum bo'lishicha, qora tuynuk qanchalik massiv bo'lsa, radiatsiyaga mos keladigan harorat shunchalik past bo'ladi.

Ammo qora tuynuk yulduz emas. Energiyani yo'qotib, u sovib ketmaydi. Aksincha! Massaning kamayishi bilan teshik "issiqroq" bo'ladi. Massaning yo'qolishi radiusning pasayishini ham anglatadi. Natijada, bug'lanish kuchayishi bilan sodir bo'ladi. Bundan kelib chiqadiki, kichik teshiklar bug'lanishini portlash bilan yakunlashi kerak. To'g'ri, hozircha bunday mikroteshiklarning mavjudligi faraz bo'lib qolmoqda.

Tezlashtiruvchi kuzatuvchi tomonidan termal nurlanishni ro'yxatga olishni bashorat qiluvchi Unruh effektiga (shuningdek faraziy) asoslangan Xoking jarayonining muqobil tavsifi mavjud. Agar u inertial mos yozuvlar tizimiga ulangan bo'lsa, u hech qanday nurlanishni aniqlamaydi. Kuzatuvchi uchun tezlashgan qulab tushadigan ob'ekt atrofidagi vakuum ham termal xususiyatlarga ega nurlanish bilan to'ldiriladi.

Axborot muammosi

Xokingning radiatsiya nazariyasi yaratgan muammo qora tuynukning "sochsiz teorema" bilan bog'liq. Uning mohiyati, qisqacha aytganda, quyidagicha: teshik hodisa ufqidan tashqariga tushgan ob'ekt qanday xususiyatlarga ega ekanligiga mutlaqo befarq. Muhim bo'lgan yagona narsa - bu teshikning ko'paygan massasi. Unga tushgan tananing parametrlari to'g'risidagi ma'lumotlar ichkarida saqlanadi, garchi u kuzatuvchi uchun mavjud bo'lmasa ham. Xoking nazariyasi esa qora tuynuklar abadiy emasligini aytadi. Ma'lum bo'lishicha, ularda saqlangan ma'lumotlar teshiklar bilan birga yo'qoladi. Fiziklar uchun bu holat yaxshi emas, chunki u individual jarayonlar uchun mutlaqo ma'nosiz ehtimolliklarga olib keladi.

So'nggi paytlarda ushbu paradoksni hal qilishda ijobiy o'zgarishlar, jumladan Xokingning o'zi ishtirok etdi. 2015 yilda vakuumning o'ziga xos xususiyatlari tufayli teshik nurlanishining cheksiz ko'p parametrlarini aniqlash, ya'ni undan ma'lumotni "tortib olish" mumkinligi ta'kidlangan.

Ro'yxatdan o'tish muammosi

Bunday paradokslarni hal qilishning qiyinligi Xoking nurlanishini aniqlab bo'lmasligi bilan kuchayadi. Keling, yuqoridagi formulani yana bir bor ko'rib chiqaylik. Bu qora tuynuklarning qanchalik sovuq ekanligini ko'rsatadi - quyosh massasi va uch kilometr radiusli teshiklar uchun Kelvinning yuz milliondan bir qismi! Ularning mavjudligi juda shubhali.

Biroq, mikroskopik (issiq, relikt) qora tuynuklarga umid bor. Ammo hozirgacha hech kim bu nazariy jihatdan bashorat qilingan guvohlarni koinotning eng qadimgi davrlarida kuzatmagan.

Nihoyat, biz biroz optimizm qo'shishimiz kerak. 2016 yilda hodisa gorizontining akustik modelida Xoking kvant nurlanishining analogi topilgani haqida xabar paydo bo'ldi. Analogiya ham Unruh effektiga asoslangan. U cheklangan qo'llanish doirasiga ega bo'lsa-da, masalan, ma'lumotlarning yo'qolishini o'rganishga imkon bermasa ham, bunday tadqiqotlar kvant hodisalarini hisobga oladigan qora tuynuklarning yangi nazariyasini yaratishda yordam beradi degan umid bor.

Kievyan ko'chasi, 16 0016 Armaniston, Yerevan +374 11 233 255

Asosan fotonlar, qora tuynuk. Energiya va "href="http://ru.wikipedia.org/wiki/%D0%97%D0%B0%D0%BA%D0%BE%D0%BD_%D1%81%D0%BE%D1 tufayli %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">energiyaning saqlanish qonuni va , bu jarayon qora tuynuk massasining kamayishi, ya'ni uning "bug'lanishi" bilan kechadi. Nazariy jihatdan 1973 yilda Stiven Xoking tomonidan bashorat qilingan. Xoking ishi. 1973 yilda uning Moskvaga tashrifidan oldin u sovet olimlari Yakov Zeldovich va Aleksandr Starobinskiy bilan uchrashganida, ular Xokingga kvant mexanikasining noaniqlik printsipiga ko'ra, aylanadigan qora tuynuklar zarrachalarni yaratishi va chiqarishi kerakligini ko'rsatdi.

Qora tuynukning bug'lanishi sof kvant jarayonidir. Gap shundaki, qora tuynukning hech narsa chiqarmaydigan, faqat materiyani yuta oladigan jism sifatidagi tushunchasi kvant effektlari hisobga olinmasa, amal qiladi. Kvant mexanikasida tunnellash tufayli kvant bo'lmagan tizim uchun engib bo'lmaydigan potentsial to'siqlarni engib o'tish mumkin bo'ladi.

Qora tuynuk bo'lsa, vaziyat shunday ko'rinadi. Kvant maydon nazariyasida jismoniy vakuum turli sohalarning doimiy paydo bo'ladigan va yo'qolgan tebranishlari bilan to'ldiriladi ("virtual zarralar" deb aytish mumkin). Tashqi kuchlar sohasida bu tebranishlarning dinamikasi o'zgaradi va agar kuchlar etarlicha kuchli bo'lsa, zarracha-antizarracha juftliklari to'g'ridan-to'g'ri vakuumdan tug'ilishi mumkin. Bunday jarayonlar qora tuynukning hodisa gorizonti yaqinida (lekin hali ham tashqarida) sodir bo'ladi. Bunday holda, antizarrachaning umumiy energiyasi i manfiy, zarraning umumiy energiyasi esa musbat bo'lgan holat mumkin. Qora tuynukga tushib qolgan antizarra o'zining umumiy dam olish energiyasini va shuning uchun massasini kamaytiradi, zarracha esa cheksizlikka ucha oladi. Uzoqdagi kuzatuvchi uchun bu qora tuynukdan radiatsiya kabi ko'rinadi.

Muhimi, nafaqat radiatsiya haqiqati, balki bu nurlanishning termal spektrga ega bo'lishi hamdir. Bu qora tuynukning hodisa gorizonti yaqinidagi radiatsiya ma'lum bir harorat bilan bog'liq bo'lishi mumkinligini anglatadi

Plank doimiysi qayerda, c- vakuumdagi yorug'lik tezligi; k- Boltsman doimiysi, G- tortishish doimiysi va nihoyat, M- qora tuynukning massasi. Nazariyani ishlab chiqish orqali qora tuynuklarning to'liq termodinamikasini qurish mumkin.

Biroq, qora tuynukga bunday yondashuv kvant mexanikasiga zid keladi va qora tuynukda ma'lumotlarning yo'qolishi muammosiga olib keladi.

Ta'sir hali kuzatuvlar bilan tasdiqlanmagan. Umumiy nisbiylik nazariyasiga ko'ra, koinotning paydo bo'lishi paytida birlamchi qora tuynuklar tug'ilishi kerak edi, ularning ba'zilari (dastlabki massasi 10 12 kg) bizning davrimizda bug'lanishni tugatishi kerak edi. Qora tuynuk hajmining pasayishi bilan bug'lanish tezligi ortib borayotganligi sababli, yakuniy bosqichlar asosan qora tuynukning portlashi bo'lishi kerak. Hozircha bunday portlashlar qayd etilmagan.

Eksperimental tasdiqlash

Milan universiteti tadqiqotchilarining ta'kidlashicha, ular Xoking nurlanishining ta'sirini kuzatishga muvaffaq bo'lishdi va qora tuynukning antipodini - oq tuynuk deb atalmish. Oq tuynukdan farqli o'laroq, barcha moddalarni va tashqaridan nurlanishni "so'rib oladi", oq tuynuk unga kirishni butunlay to'xtatadi va shu bilan chegara, hodisa ufqini yaratadi. Tajribada oq tuynuk rolini ma'lum tuzilishga ega bo'lgan va maxsus sharoitlarga joylashtirilgan, uning ichida yorug'lik fotonlari butunlay to'xtagan kvarts kristali o'ynadi. Yuqorida qayd etilgan kristallni infraqizil lazer nurlari bilan yoritib, olimlar reemissiya effekti, Xoking nurlanishining mavjudligini aniqladilar va tasdiqladilar.

Hayfadagi Isroil texnologiya institutidan fizik Jeff Shtaynxauer 1974 yilda Stiven Xoking bashorat qilgan nurlanishni aniqladi. Olim qora tuynukning akustik analogini yaratdi va tajribalarda undan kvant tabiatidagi nurlanish chiqishini ko'rsatdi. Maqola Nature Physics jurnalida chop etildi va BBC News tadqiqot haqida qisqacha ma’lumot berdi.
...Haqiqiy qora tuynukdan bu nurlanishni aniqlashning hali imkoni yo‘q, chunki u juda zaif. Shuning uchun Shtaynxauer o'zining analogini - "ko'r teshik" deb atalgan. Qora tuynukning hodisa gorizontini modellashtirish uchun u absolyut nolga yaqin haroratgacha sovutilgan rubidiy atomlarining Bose-Eynshteyn kondensatini oldi.
Unda tovush tarqalish tezligi juda past - taxminan 0,5 mm/sek. Va agar siz chegara yaratsangiz, uning bir tomonida atomlar subsonik tezlikda harakatlanadi, ikkinchisida esa ular tovushdan yuqori tezlikda tezlashadi, u holda bu chegara qora tuynukning hodisa gorizontiga o'xshash bo'ladi. Tajribada atom kvantlari - bu holda fononlar - tovushdan yuqori tezlikda bo'lgan hududda ushlangan. Fonon juftlari ajratilgan, biri bir mintaqada, ikkinchisi esa boshqasida edi. Olim tomonidan qayd etilgan korrelyatsiyalar zarralar kvant chigalligini ko'rsatadi.