Какое отношение волосатые чёрные дыры имеют к общей теории относительности, квантовой механике и потере информации?
В этом видео мы начнём с объяснения поведения чёрных дыр. Это чрезвычайно плотные объекты, то есть вся их масса сосредоточена в очень небольшой области пространства. Объекты, обладающие массой, искривляют пространство-время вокруг себя (согласно общей теории относительности), а чёрные дыры настолько плотны, что даже свет, самая быстрая вещь во Вселенной, не может покинуть чёрную дыру после пересечения горизонта событий. Пространство-время искривлено, так что всё может двигаться только к центру чёрной дыры.
По этой причине мы не можем знать, что происходит внутри горизонта событий чёрной дыры. Мы можем знать лишь небольшое количество основных свойств чёрных дыр (массу, заряд, момент импульса/спин, радиус), но мы не можем знать такие вещи, как распределение массы внутри чёрной дыры. Это означает, что с точки зрения любого внешнего наблюдателя две чёрные дыры, образовавшиеся из разных типов материи или разными способами, кажутся идентичными, если они имеют одинаковую массу, заряд и т. д. Это известно как теорема об отсутствии волос, означающая, что у чёрных дыр нет «волос» снаружи, что позволяет нам узнать что-то об их внутреннем строении.
Это проблематично, поскольку информация о веществе, из которого состоит чёрная дыра, или о том, что происходит внутри чёрной дыры, недоступна никому за пределами горизонта событий. Возможно, это и не проблема, поскольку наблюдатель внутри горизонта событий всё равно может получить к ней доступ, так что она где-то там есть. Однако настоящая проблема возникает, когда мы рассматриваем излучение Хокинга.
Излучение Хокинга — это квантово-механический и общерелятивистский эффект, при котором чёрные дыры испускают излучение абсолютно чёрного тела из-за своей температуры. Технически говоря, это излучение в виде фотонов создаётся на небольшом расстоянии ВНЕ горизонта событий, поэтому фактически ничто не покидает саму чёрную дыру. Однако это излучение Хокинга затем покидает чёрную дыру, унося с собой энергию. Это приводит к потере массы чёрной дыры – она фактически становится меньше.
Если излучение Хокинга существует, это означает, что чёрные дыры могут в конечном итоге исчезнуть, как только будет унесено достаточное количество излучения Хокинга. А поскольку излучение Хокинга зависит только от известных извне свойств чёрной дыры, это означает, что две чёрные дыры с одинаковой начальной массой будут испускать одинаковое излучение Хокинга. Таким образом, мы не можем знать информацию, находящуюся внутри каждой из чёрных дыр, и если они исчезнут, информация будет потеряна навсегда! Куда девается эта информация и как она покидает Вселенную?
Это парадокс Хокинга, также известный как информационный парадокс чёрной дыры. Некоторое время учёные подозревали, что для объяснения этого явления потребуется какая-то новая загадочная физика, поскольку ответ не очевиден ни в общей теории относительности, ни в квантовой механике. Однако недавно некоторые учёные обнаружили, что, используя теорию квантовой гравитации (объединяющую квантовую механику и общую теорию относительности), можно фактически определить внутреннее состояние чёрной дыры. Именно такого сочетания мы ожидаем от вечно неуловимой Теории всего, или теории квантовой гравитации.
Это было сделано путем изучения квантовой волновой функции черной дыры, а также гравитационного поля, создаваемого ею на большом расстоянии. Было показано, что гравитоны (гравитационные частицы), создаваемые черной дырой, различаются в зависимости от волновой функции черной дыры, которая, в свою очередь, зависит от внутренних свойств черной дыры. Другими словами, возможно, можно измерить внутренние свойства черной дыры, измеряя ее гравитационное поле на большом расстоянии от нее. Или, другими словами, у черных дыр МОЖЕТ БЫТЬ волосы, что разрешает парадокс.
В этом видео мы также рассмотрим, почему нам пока не стоит слишком увлекаться этой теорией, ведь это всего лишь одно из возможных объяснений. Но она, по крайней мере, немного захватывает!
Волосатые чёрные дыры: en.wikipedia.org/wiki/No-hair_theorem
Излучение Хокинга: en.wikipedia.org/wiki/Hawking_radiation
Научная работа, о которой идёт речь: journals.aps.org/prl/abstract/10.1103/PhysRevLett.128.111301
Спасибо за просмотр! Загляните, пожалуйста, в мои соцсети:
Instagram — @parthvlogs
Patreon — patreon.com/parthg
Music Channel — Parth G's Shenanigans
Товары — https://parth-gs-merch-stand.creator-...
Вот несколько партнёрских ссылок на то, что я использую! Я получаю небольшую комиссию, если вы совершаете покупку по этим ссылкам. Книга по квантовой физике, которая мне нравится: https://amzn.to/3sxLlgL
Моя камера: https://amzn.to/2SjZzWq
ND-фильтр: https://amzn.to/3qoGwHk
Микрофон (Fifine): https://amzn.to/2OwyWvt
Gorillapod: https://amzn.to/3wQ0L2Q
Временные метки:
0:00 — Основы чёрных дыр
2:06 — Теорема об отсутствии волос
4:15 — Излучение Хокинга
6:06 — Парадокс Хокинга (информа...
Информация по комментариям в разработке