В черные дыры превращаются очень массивные звезды, которые истратили свою энергию.
Гравитационные поля черных дыр не выпускают кванты света, поэтому увидеть их нельзя.
Падающий на черную дыру газ образует вокруг нее диск, который быстро вращается. При этом взаимное терние слоев ведет к увеличению температуры и рентгеновскому излучению высокой мощности. Взаимные вращения диска и электромагнитных полей ведет к тому, что из его полюсов у черных дыр истекают узкие потоки заряженных частиц (джеты) (скорости этих частиц субсветовые). Джеты переносят очень большую энергию.
Наличие черных дыр во Вселенной объясняется общей теорией относительность (ОТО), которая была создана А. Эйнштейном в1915 году. В данной теории гравитация – это результат искривления пространство – временного континуума, которое заставляет тела перемещаться так, как – будто они притягиваются друг к другу. При этом искривление пространства- времени вызвано наличием материи и энергии.
Свойства черных дыр
В соответствии с уравнениями Эйнштейна, большая концентрация материи (или энергии) вызывает столь сильное искривление пространства – времени, что это ведет к их замыканию, так возникает черная дыра.
Согласно законам ОТО любые объекты, которые попадают в черную дыру не могут выйти из нее. Так обстоят дела, если не рассматривать квантовые эффекты.
Пространственно-временная поверхность, проникнув за которую уже нельзя покинуть черную дыру, называется горизонтом событий. В самом простом случае горизонт событий является сферой.
В соответствии с современной теорией не вращающаяся и незаряженная черная дыра характеризуется одним независимым параметром, а именно массой. Это значит, что при изменении массы черной дыры, например, за счет поглощения какой-то массы материи, не имеет значения, в каком состоянии находилась эта материя, свойства черной дыры будут зависеть только от новой массы этой дыры. Массу и момент импульса черной дыры находят, наблюдая влияние дыры на пространство и время вокруг нее. Считают, что закон сохранения энергии и момента импульса черные дыры не нарушают.
Все черные дыры одинаковы (неразличимы), если у них одинаковая масса.
Согласно классическим теориям черная дыра неуничтожима. Она способна только увеличиваться.
Согласно квантовой теории, черная дыра испаряется из-за излучения Хокинга.
Не существует способов определения того, что происходит внутри черной дыры. Никакая информация не способна выйти из-за горизонта событий.
Информационный парадокс черных дыр
Допустим, что в черную дыру упала частичка вещества массы $m$. Пропадая навсегда в черной дыре эта масса оставляет «следы». Энергия данного тела в соответствии с теорией Эйнштейна равна:
$E=mc^2 (1),$
где $c$ - скорость света.
При этом масса черной дыры увеличивается на величину массы нашего тела ($m$). При поглощении тела с орбиты, соответствующий момент импульса прибавляется к моменту импульса черной дыры. Применяя положения квантовой теории черных дыр, наша дыра с поглощенным ее телом, будет постепенно испаряться, ее масса вернется к первоначальному значению, которое она имела до поглощения тела. Получаем, что черная дыра трансформировала тело в поток частиц Хокинга, но сама при этом изменений не претерпела, так как ее масса стала исходной. Кроме того, полагают, что испускаемое черной дырой излучение не зависит от тела, которое в нее попало. Вывод делается следующий: черные дыры уничтожают информацию, которая попадет внутрь нее.
В результате описанной выше ситуации мы получаем парадокс. Рассматривая процессы падения тела в дыру, дальнейшее испарение дыры с точки зрения квантовой механики, то получаем: преобразование исходного чистого состояния в «тепловое» (смешанное) состояние. Данное преобразование является не унитарным, что противоречит постулатам квантовой физики.
Существует несколько вариантов объяснения данного парадокса, например:
- можно предположить, что квантовая механика не применима при наличии сильных гравитационных полей;
- можно предположить, что излучение Хокинга не является хаотичным – тепловым, частицы хокинга коррелируют между собой и кодируют информацию, которая поступает в черную дыру, тогда информация не может считаться уничтоженной.
Теория комплементарности
Одну из гипотез, для решения информационного парадокса предложили физики Л. Сасскинд, Л. Торласиус, Г. т’Хоофт.
В квантовой механике имеется принцип дополнительности (комплементарности), согласно которому для исчерпывающего описания явлений в этом разделе физики следует использовать пару взаимно исключающих понятий. Набор данных понятий описывает исследуемые явления исчерпывающим образом.
Ученые предположили, что в черных дырах существуют два процесса, которые дополняют друг друга в понимании квантовой механики. Развивая эту идею, предполагается, что происходит:
- отражение информации, падающей в черную дыру, от горизонта событий,
- прохождение информации за горизонт событий.
При этом невозможно одному наблюдателю увидеть оба этих процесса.
Саскинд предположил существование «растянутого горизонта», который находится на некотором расстоянии (порядка Длины Планка) от горизонта событий. С точки зрения наблюдателя внешнего относительно дыры, информация, падающая в черную дыру, повышает температуру этого горизонта. Он проводит переизлучение этой информации в виде излучения Хокинга. Относительно наблюдателя, который падает, сам наблюдатель и информация движется в направлении центра дыры, на горизонте событий не происходит ничего особенного.
Отметим, что не следует считать, что имеется информация и ее копия – первая около горизонта событий, вторая внутри дыры. Наблюдатель способен «увидеть» только одну информацию на горизонте событий или внутри дыры, но не две информации в один момент времени.
