Загибель чорних дір

ЗАГИБЕЛЬ чорних дір

Все народжується і вмирає. Вмирають і чорні діри. Їх гублять їх же СУПЕРСИЛЬНОЇ гравітаційні поля, в яких квантові процеси протікають по-особливому. Щоб зрозуміти ці процеси, треба розглянути властивості фізичного вакууму.

Порожнечі як такої в природі немає. Є вакуум, фізичний вакуум, в якому знаходиться море ненароджених (віртуальних) частинок і античастинок. Ніяким вакуумним насосом прибрати ці ненароджені частки не можна. Немає і інших способів усунути їх. Ці ненароджені частки народжуються тільки в тому випадку, якщо з'явиться енергія. Тоді вони перетворяться в реальні частки. Носії цієї енергії можуть бути різні - сильні електромагнітні поля, сильне гравітаційне поле і т. Д. У звичайних же умовах тільки на коротку мить в кожній точці фізичного вакууму з'являється пара - частка і античастинка. Але вони тут же зливаються і зникають. Вони повертаються в своє «ембріональний» стан.

Народження частинок і античастинок відбувається, зокрема, в змінному полі. Це може бути змінне гравітаційне поле. Якщо гравітаційне поле змінюється в часі, то з фізичного вакууму народжуються фотони. Їх частота відповідає часу зміни поля. У слабкому гравітаційному полі такий ефект дуже малий. Але в сильному полі ситуація змінюється. Подібним чином сильне електричне поле викликає народження з фізичного вакууму пар заряджених частинок - електронів і позитронів.

Зі сказаного вище ясно, що в сильних змінних гравітаційних полях чорних дір можуть народжуватися (і народжуються) елементарні частинки і античастинки. При стисненні електрично зарядженого тіла і перетворення його в заряджену чорну діру електричне поле посилюється настільки, що воно породжує електрони і позитрони. Елементарні частинки народжуються і в ергосфери обертається чорної діри. При цьому частина енергії обертання чорної діри йде на народження частинок. Але, по суті, тут мова йде не про енергію самої чорної діри, а про енергію полів навколо чорної діри. В результаті народження частинок і витрати на цей процес енергії ці поля зменшують свою енергію.

Однак виявилося, що і сама чорна діра може народжувати елементарні частинки. Тобто на перехід частинок з віртуального стану в реальний витрачається енергія самої чорної діри. Природно, що це енергія гравітаційного поля чорної діри. В результаті зменшується як маса чорної діри, так і її розміри.

Частка і античастинка у фізичному вакуумі є сіамськими близнюками. Вони перетворюються в реальні частку і античастицу тільки разом. Разом вони повинні і зникати, а точніше, повертатися в фізичний вакуум. Так завжди і буває в звичайних фізичних умовах. Але в умовах чорної діри частка і античастинка можуть виявитися в різних світах: одна з них може виявитися в області, звідки шлях один - падати на чорну діру, а інша в цей час може втекти від чорної діри. Рубіконом служить горизонт чорної діри. Якщо частка і античастинка опинилися по різні боки горизонту чорної діри, то вони вже ніколи не можуть злитися і піти в фізичний вакуум, перетворитися в фізичне «ніщо». Та частка, яка виявиться по цей бік горизонту чорної діри, спокійно піде в космос, несучи з собою частинку енергії і маси чорної діри. Але насправді це процес дуже малопотужний, і він з лишком компенсується тим, що на чорну діру безперервно падає речовина з міжзоряного простору.

Чорна діра народжує не тільки фотони, але і інші частинки. Якщо чорна діра має масу, що дорівнює масі декількох Сонць, то їх температура настільки низька, що вони можуть робити тільки такі частинки, які не володіють масою спокою. Це фотони, електронні та мюонні нейтрино, а також їх античастинки. Випромінюються такої чорної дірою і кванти гравітаційних хвиль - Гравітон. Типова зоряна діра народжує найбільше нейтрино всіх сортів (84% від всіх частинок). Кількість народжених при цьому фотонів становить 17%. Гравітон народжується 2%.

Чорна діра випромінює найбільше нейтрино, тому що їх квантове обертання (спін) мінімальний. Воно дорівнює 1/2. У Гравітон спін дорівнює 2, тому їх найменше.

Чорна діра з малою масою має високу температуру. Такі чорні діри породжують крім цих частинок і електронно-позитронного пари. Але мова йде про чорні діри, розміри яких в тисячу разів менше атома. Це, звичайно, дуже схоже на фантастику. Але, виявляється, повинні бути і чорні діри, які ще менше. Такі мікроскопічні чорні діри, як вважають фізики, здатні випромінювати також мюони і більш важкі елементарні частинки. Ці чорні діри не просто мікроскопічні. Їх розмір менше атомного ядра. Ясно, що такі чорні діри не можуть виникати шляхом нескінченного стиснення зірок. Вважають, що в далекому минулому могли бути умови, необхідні для народження таких чорних дір.

Чорні діри можуть випаровуватися. Але це випаровування є квантовим. Суть цього випаровування полягає в наступному. За законами класичної фізики у частки немає можливості вирватися з чорної діри. Але за законами квантової механіки у певної частки частинок є можливість «просочитися» через заборонений енергетичний бар'єр. Заборонене тому, що у частинки немає достатньої кількості енергії для того, щоб це зробити законно. Вона просочується через енергетичний бар'єр всупереч всім законам фізики. Саме внаслідок такого процесу просочування частинок і відбувається випаровування чорних дір. Виходить, що чорні діри самі затягуються без всяких зовнішніх впливів. Вони просто перетворюються в теплове випромінювання.

Фізики встановили, що в міру зменшення маси чорної діри в процесі випаровування температура чорної діри збільшується. Це означає, що випаровування прискорюється. Так цей процес поступово наростає. Коли маса чорної діри зменшується до тисячі тонн, температура її випромінювання збільшується до 1CF ". Це фантастична температура. Наслідком цього може бути тільки вибух. Справа в тому, що ця речовина (останні тисячі тонн, які залишилися від чорної діри) упаковано в дуже маленькому , мікроскопічному обсязі. Воно вибухає і за одну десяту частку секунди перетворюється у випромінювання. При такому вибуху чорної діри виділяється енергія, яка еквівалентна вибуху одного мільйона мегатонни водневих бомб. Так кінчає своє життя чорна діра. Що ж стосується життя чорної діри, то вона може бути довгою навіть в космічних масштабах.

від звичайної зірки до чорної діри

Активний період життя зірки визначається швидкістю втрати енергії на випромінювання і запасами палива. Це залежить від маси зірки. Тривалість життя зірки визначається її масою. Якщо маса зірки дорівнює масі Сонця, то така зірка живе активним життям приблизно десять мільярдів років. Чим масивніше зірка, тим коротше її активне життя. Якщо маса зірки становить три маси Сонця, то така зірка живе всього один мільярд років. Зірка з масою, що дорівнює 10 мас Сонця, живе всього сто мільйонів років.

Коли ядерне паливо зірки закінчується, зірка продовжує втрачати енергію. Вона її випромінює і тому стискається. Якщо маса зірки не перевищує масу Сонця більш ніж в 1,2 рази, то стиснення її закінчиться тоді, коли радіус зірки складе кілька тисяч кілометрів. Щільність речовини таких зірок величезна. Один квадратний сантиметр цієї речовини важить тисячу тонн. Такі зірки отримали назву білих карликів. Перетворившись на білого карлика, зірка остигає і не змінює своїх розмірів. Подальшому стисненню білого карлика перешкоджає тиск газу. Воно забезпечується квантовими силами, що виникають між досить тісно упакованими електронами плазми, які складають зірку. У цих умовах тиск не залежить від температури речовини зірки. Тому білий карлик остигає і перетворюється в чорного карлика. Розмір його при цьому не змінюється.

У тому випадку, якщо маса зірки більше 1,2 маси Сонця, то в результаті стиснення щільність її речовини стане ще більше. При такій щільності почнуть протікати ядерні реакції, які поглинають багато енергії. Тому зірка починає стрімко стискатися. Таке стиснення може закінчитися ядерним вибухом, він називається спалахом наднової зірки. В результаті ядерного вибуху зірка скидає оболонку і перетворюється на нейтронну зірку. У центрі зірки щільність досягає мільярда тонн в кубічному сантиметрі. Приблизно така щільність атомного ядра. Власне, фахівці вважають, що нейтронна зірка є щось на зразок атомного ядра розміром в декілька кілометрів. Ядерні частинки-нуклони дуже тісно упаковані в нейтронної зірки.

Якщо маса зірки не перевершує дві маси Сонця, то нук-лонний газ здатний квантовими силами перешкодити подальшому стисненню зірки. Тоді нейтронна зірка перестане стискатися і буде існувати в цій якості. Нейтронні зірки вважають холодними. Але насправді в її центрі температура досягає сотень - мільйонів градусів, а на поверхні мільйони градусів. Тут немає ніякого протиріччя. При такому стані речовини як у нейтронної зірки поняття температури є формальним, обчислювальним і не має нічого спільного з тим, до якого ми звикли в повсякденному житті. Власне, таке становище не тільки на нейтронної зірки, але навіть в нашій атмосфері на висоті в сотні кілометрів. Там ситуація зворотна - щільність атмосферного газу настільки мала, що можна говорити про вакуум. При такій малій щільності газу, як і при надмірно великої щільності, як в нейтронних зірках, температура є чисто обчислювальної.