Теоремы об отсутствии волос

Теорема об отсутствии волос

Теорема об отсутствии волос утверждает, что все чёрные дыры описываются решением гравитационных и электромагнитных уравнений Эйнштейна-Максвелла в ОТО и вполне могут характеризоваться только тремя внешне наблюдаемыми классическими параметрами: массой, электрическим зарядом и угловым моментом. Вся другая информация (для которой «волосы» являются метафорой) о материи, которая образовала черную дыру, или поглощается ею, исчезает за горизонтом событий чёрной дыры, следовательно, постоянно недоступна для внешнего наблюдения.

Физик Джон Уилер однажды обронил фразу, что «у чёрных дыр нет волос», от которой и произошло название теоремы. В более позднем интервью, Джон Уилер говорит, что Яаков Бекенштейн придумал эту фразу.

До сих пор нет строгого математического доказательства теоремы об отсутствии волос, и математики называют её гипотезой об отсутствии волос. Даже в случае учёта одной гравитации (например, нулевые электрические поля) гипотеза была только частично решена в работах Стивена Хокинга , Брэндона Картера и Девида Робинсона, при дополнительной гипотезе о невырожденном горизонте событий и техническом, ограничительном и трудно обосновываемом предположении о действительной аналитичности пространственно-временного континуума.

Пример [ править ]

Предположим, что две чёрные дыры имеют одинаковую массу, электрический заряд и угловые моменты, но первая дыра сделана из обычной материи, тогда как вторая сделана из антиматерии. Тем не менее, они будут полностью неотличимы для наблюдателя вне горизонта событий. Ни один из псевдозарядов физики элементарных частиц (например, барионных чисел, лептонных чисел и т. д.) не сохраняется в чёрной дыре.

Мягкие волосы черных дыр

Могут ли материя и информация, поглощенные черной дырой, покинуть ее пределы? «Теорема об отсутствии волос», предложенная Джоном Уиллером ещё в 1970-х, гласила, что «черная дыра не имеет волос», то есть не испускает излучения.

Все, что доступно внешнему наблюдателю — это масса, заряд и скорость вращения объекта, попавшего в черную дыру. И сами черные дыры, у которых эти три параметра совпадают, будут абсолютно неотличимы друг от друга. Вся прочая информация безвозвратно теряется, что противоречит законам квантовой физики.

Этот парадокс породил спор длиной в десятки лет между крупнейшими физиками современности. В недавней статье «Мягкие волосы черных дыр» физики-теоретики Стивен Хокинг, Малкольм Перри и Эндрю Строминжер предложили новое решение парадокса: по их расчетам, у черной дыры все же есть «волосы», состоящие из «мягких фотонов» с почти нулевой энергией. Они сохраняют информацию об объекте, не попадая в чёрную дыру, а задерживаясь над горизонтом событий и образуя возмущения этой границы — те самые «мягкие волосы».

Опубликована еще одна предсмертная работа Стивена Хокинга

В мае этого года мы сообщали о публикации работы Стивена Хокинга, в которой он рассматривал природу нашей Вселенной и назвал ее частью более обширной Мультивселенной. Статья была написана в соавторстве с бельгийским коллегой Томасом Хертогом из Левенского католического университета, но как оказалось, она является не единственной последней работой одного из величайших физиков современности. На днях была опубликована еще одна работа, которую Хокинг успел закончить буквально за несколько дней до своей смерти. Статью, описывающую выводы физика, пришлось дописывать уже ее соавтору, профессору Кембриджского университета Малькольму Перри.

Новая работа Хокинга посвящена так называемому информационному парадоксу, явлению, которое ученый пытался разрешить последние 40 лет и выяснить что происходит с информацией в черных дырах.

В более ранних работах Хокинг заявил, что предсказания Альберта Эйнштейна о черных дырах, предложенные среди прочего, в общей теории относительности в 1915 году, оказались неполными. По мнению Эйнштейна, черные могут быть полностью определены только тремя признаками: массой, зарядом и спином (собственным моментом импульса элементарных частиц). Спустя 60 лет Хокинг выступил с предположением том, что черные дыры имеют собственную температуру.

Читайте так же:  Бальзам для светлых волос эстель отзывы

По мнению Хокинга, горячие объекты теряют свое тепло в пространстве, в результате чего черные дыры могут полностью испариться и прекратить свое существование. Однако, это противоречит законам квантовой механики, согласно которым информация не может просто так исчезнуть. Последняя работа ученых не решает парадокс целиком, но указывает на возможность его объяснения.

Опубликованная на днях статья Хокинга и Перри носит название Black Hole Entropy and Soft Hair (Энтропия черной дыры и мягкие волосы). Такое странное, на первый взгляд, название статьи, является отсылкой к физической «теореме об отсутствии волос» у черной дыры, где «волосы» — это метафорическое определение информации о материи, поглощаемой черной дырой.

Согласно утверждения ученых, если бросить какой-либо предмет в черную дыру, то ее температура должна измениться. Данное свойство физики назвали энтропией — мерой необратимого рассеивания энергии. В новой работе Хокинг выдвигает предположение о том, что записать об изменении этой энтропии могла бы сохранится в виде огромного количества фотонов, находящихся на краю горизонта событий черной дыры и обладающих практически нулевой энергией. Хокинг и Перри и назвали эти фотоны «мягкими волосами».

«Эта работа показывает, что по этим мягким волосам можно судить о том, что происходит с энтропией черной дыры», — прокомментировал Малькольм Перри изданию The Guardian.

«Мы пока не знаем, действительно ли энтропия, предложенная Хокингом, отвечает на все, что попадает в черную дыру. Предстоит еще много работы чтобы это выяснить, но мы определенно наблюдаем прогресс», — добавил Перри.

В интервью британскому изданию Перри также рассказал о том, что разговаривал со Стивеном Хокингом по поводу их исследования за несколько дней до смерти ученого.

«Стивену на тот момент уже было очень трудно общаться, поэтому нас переключили на громкую связь, чтобы я мог объяснить, насколько далеко мы продвинулись в расчетах. Когда я закончил говорить, Стивен широко улыбнулся. Я всего лишь рассказал ему о том, что у нас наблюдается некий прогресс, но он уже знал конечный результат», — уверен Перри.

Что это за открытие мягких волос у черных дыр?

Это не открытие, а просто теоретическое предложение, возможное объяснение информационного парадокса.

Давайте сначала. Есть такая теорема об «отсутствии волос» у черных дыр. Она говорит о том, что черная дыра полностью (!) характеризуется тремя параметрами: массой, зарядом, угловым моментом вращения. Больше ничего не нужно, чтобы задать черную дыру.

Т.е. например если у вас есть черная дыра образованная в результате коллапса N кг электронов и есть еще одна из N кг антипротонов, то эти две черные дыры будут абсолютно неразличимы.

Это ведет к т.н. информационному парадоксу черных дыр: информация об объектах попавших под горизонт событий полностью исчезает. У Хокинга уже был спор с Сасскиндом на этот счет, и он в итоге признал, что информация-таки не должна никуда исчезать (по ряду причин).

Теперь Хокинг, также как и огромное количество физиков, пытается решить эту проблему. У него уже была статья, где он вообще писал про невозможность образования черных дыр во Вселенной. Как-то она была скептически воспринята ученым сообществом.

В новой статье он предлагает подправить теорему об отсутствии волос. Возможно, говорит он и его соавтор Стрёмингер, при попадании в черную дыру, информация объекта накапливается где-то на границе еще до входа в горизонт событий в виде малых возмущений пространства-времени и излучает назад.

Получается что-то типа мягких волос, т.е. в целом черная дыра вроде описывается тремя параметрами, но локально есть такие малые, незначительные поправки. А информационный парадокс при этом решается, информация никуда не пропадает, так как остается за пределами черной дыры.

«Пушистая черная дыра». Последняя работа Стивена Хокинга опубликована посмертно

Поделиться сообщением в

Внешние ссылки откроются в отдельном окне

Внешние ссылки откроются в отдельном окне

Коллеги Стивена Хокинга опубликовали его последнюю научную статью, над которой британский физик работал в последние недели жизни.

Хокинг успел закончить работу — буквально за несколько дней до своей смерти в марте текущего года, — но саму статью пришлось дописывать уже его соавтору, профессору Кембриджского университета Малькольму Перри.

Читайте так же:  Некрасова мужские прически

Она посвящена так называемому информационному парадоксу: ученый несколько десятилетий пытался понять, что происходит с информацией в черных дырах.

Широкой публике Хокинг известен в первую очередь как популяризатор науки. Его книга «Краткая история времени», изданная в 1988 году, стала мировым бестселлером.

Тяжелая болезнь, в результате которой физик оказался почти полностью парализован, не помешала ему стать одним из самых известных и уважаемых ученых современности.

«Он заранее знал результат»

Опубликованная накануне статья Хокинга и Перри называется Black Hole Entropy and Soft Hair («Энтропия черной дыры и легкий пушок») и продолжает серию работ британского физика, посвященных изучению природы черных дыр.

Столь странное, на первый взгляд, название статьи, является отсылкой к физической «теореме об отсутствии волос» у черной дыры, где «волосы» являются метафорой информации о материи, которую черная дыра поглощает и не выпускает обратно.

Согласно расчетам Хокинга, черные дыры должны излучать элементарные частицы и со временем испаряться, однако это противоречит общим принципам квантовой механики. Противоречие это получило название «информационный парадокс», и над его разрешением ученый работал последние 40 лет.

Последняя работа не решает парадокс целиком, но указывает возможный путь объяснения — за счет фотонов, окружающих горизонт событий «лысой» черной дыры.

Хокинг и Перри и назвали эту фотонную пленку «легкий пушок» — и по нему можно судить об энтропии черной дыры, а это важный шаг на пути построения теории квантовой гравитации.

Как рассказал Малькольм Перри в интервью газете Guardian, в марте он позвонил Хокингу из Гарварда, где работал над статьей, чтобы рассказать о последних успехах.

«Стивену было очень трудно общаться, и меня перевели на громкую связь, чтобы я мог объяснить ему, как сильно мы продвинулись в расчетах. И когда я закончил говорить, он просто широко улыбнулся. Я только сказал ему, что у нас есть прогресс. Но он уже знал конечный результат», — уверен профессор.

Через несколько дней Стивена Хокинга не стало.

ЧЕРНЫЕ ДЫРЫ — космические объекты, существование которых предсказывает общая теория относительности; образуются при неограниченном гривитационном сжатии (гравитационном коллапсе) массивных космических тел. Излучение черной дыры «заперто» гравитацией, черные дыры можно обнаружить лишь по их тяготению либо по излучению газа, падающего на них извне.

Чёрная дыра — область в пространстве-времени, гравитационное притяжение которой настолько велико, что покинуть её не могут даже объекты, движущиеся со скоростью света (в том числе и кванты самого света).

Граница этой области называется горизонтом событий, а её характерный размер — гравитационным радиусом. В простейшем случае сферически симметричной чёрной дыры он равен радиусу Шварцшильда.

Теоретически возможность существования таких областей пространства-времени следует из некоторых точных решений уравнений Эйнштейна, первое из которых было получено Карлом Шварцшильдом в 1915 году. Точный изобретатель термина неизвестен , но само обозначение было популяризовано Джоном Арчибальдом Уилером и впервые публично употреблено в популярной лекции Наша Вселенная: известное и неизвестное (англ. Our Universe: the Known and Unknown) 29 декабря 1967 года . Ранее подобные астрофизические объекты называли сколлапсировавшие звёзды или коллапсары (от англ. collapsed stars), а также застывшие звёзды (англ. frozen stars).

Вопрос о реальном существовании чёрных дыр тесно связан с тем, насколько верна теория гравитации, из которой следует их существование. В современной физике стандартной теорией гравитации, лучше всего подтверждённой экспериментально, является общая теория относительности (ОТО), уверенно предсказывающая возможность образования чёрных дыр (но их существование возможно и в рамках других (не всех) моделей, см.: Альтернативные теории гравитации). Поэтому наблюдательные данные анализируются и интерпретируются, прежде всего, в контексте ОТО, хотя, строго говоря, эта теория не является экспериментально подтверждённой для условий, соответствующих области пространства-времени в непосредственной близости от чёрных дыр звёздных масс (однако хорошо подтверждена в условиях, соответствующих сверхмассивным чёрным дырам). Поэтому утверждения о непосредственных доказательствах существования чёрных дыр, в том числе и в этой статье ниже, строго говоря, следует понимать в смысле подтверждения существования астрономических объектов, таких плотных и массивных [5] , а также обладающих некоторыми другими наблюдаемыми свойствами, что их можно интерпретировать как чёрные дыры общей теории относительности.

Читайте так же:  Скипидар от волос

Кроме того, чёрными дырами часто называют объекты, не строго соответствующие данному выше определению, а лишь приближающиеся по своим свойствам к такой чёрной дыре — например, это могут быть коллапсирующие звёзды на поздних стадиях коллапса. В современной астрофизике этому различию не придаётся большого значения, так как наблюдательные проявления почти сколлапсировавшей ( замороженной ) звезды и настоящей ( извечной ) чёрной дыры практически одинаковы. Это происходит потому, что отличия физических полей вокруг коллапсара от таковых для извечной чёрной дыры уменьшаются по степенным законам с характерным временем порядка гравитационного радиуса, делённого на скорость света.

Со времени теоретического предсказания чёрных дыр оставался открытым вопрос об их существовании, так как наличие решения типа чёрная дыра ещё не гарантирует, что существуют механизмы образования подобных объектов во Вселенной. Известны, однако, механизмы, которые могут приводить к тому, что некоторая область пространства-времени будет иметь те же свойства (ту же геометрию), что и соответствующая область у чёрной дыры.

В истории представлений о чёрных дырах выделяют три периода:
  • Начало первого периода связано с опубликованной в 1784 году работой Джона Мичелла, в которой был изложен расчёт массы для недоступного наблюдению объекта.
  • Второй период связан с развитием общей теории относительности, стационарное решение уравнений которой было получено Карлом Шварцшильдом в 1915 году.
  • Публикация в 1975 году работы Стивена Хокинга, в которой он предложил идею об излучении чёрных дыр, начинает третий период. Граница между вторым и третьим периодами довольно условна, поскольку не сразу стали ясны все следствия открытия Хокинга, изучение которых продолжается до сих пор.

Теоремы об отсутствии волос

Теоремы об отсутствии волос у чёрной дыры (англ. No hair theorem) говорят о том, что у стационарной чёрной дыры внешних характеристик, помимо массы, момента импульса и определённых зарядов (специфических для различных материальных полей), быть не может, и детальная информация о материи будет потеряна (и частично излучена вовне) при коллапсе. Большой вклад в доказательство подобных теорем для различных систем физических полей внесли Брэндон Картер, Вернер Израэль, Роджер Пенроуз, Пётр Крушель (Chru ciel), Маркус Хойслер. Сейчас представляется, что данная теорема верна для известных в настоящее время полей, хотя в некоторых экзотических случаях, аналогов которых в природе не обнаружено, она нарушается.

Похожие статьи:

  • 15-16 век английские прически Причёски и парики в средние века Х-XII века - к этому времени возникают и быстро растут города. Скученность населения приводила к частым эпидемиям, посещение бань стало не только обязательным, но и жизненно необходимо, здесь можно было […]
  • Эстель палитра красок для волос sos Эстель блонд: палитра и оттенки Компания ESTEL Professional вот уже 14 лет поставляет на рынок качественную продукцию для окрашивания волос. Профессионалы знают, насколько качественная косметика и каких эффектов она позволяет добиваться в […]
  • Jungle fever палитра красок для волос Jungle Fever - линия продукции "Премиум Цвет": Линия продукции «Премиум окрашивание» Профессиональная крем-краска для волос является инновационной разработкой компании Jungle Fever Cosmetics. Низкомолекулярная формула пигмента при […]
  • Лак для волос украина Лаки для волос купить Лучшая цена на Лаки для волос в Украине. Степени фиксации: Получаемому результату и эффекту: Солнцезащитные фильтры защищаю от вредного воздействия ультрафиолетовых лучей Креатины способствую […]
  • Наследование цвета волос у человека Наследование цвета волос у человека ТЕМА 4. ГЕНОТИП КАК ЦЕЛОСТНАЯ СИСТЕМА § 18. ГЕНЕТИКА ЧЕЛОВЕКА И МЕДИЦИНСКАЯ ГЕНЕТИКА Термины и понятия: генетика человека; евгеника; генетический груз; наследственные болезни; патологии генные, […]
  • Удаление волос грецким орехом отзывы Настойка из перегородок грецкого ореха для удаления волос отзывы В холодильник я это ставлю, предварительно добавив настойку для сохранности и лучшего впитывания. Именно этот рецепт можно назвать классикой жанра. Делайте эпиляцию в […]