Квантовая теория черных дыр

Черные дыры в настоящее время рассматриваются в качестве самого привлекательного объекта для изучения во Вселенной. Они обладают уникальными свойствами и характеристиками, однако увидеть их невооруженным глазом не так и просто. До сих пор ученые только склоняются к изучению подобных космических тел, однако их реальное предназначение и функции еще доподлинно неизвестны.

Сегодня исследователи пытаются создать миниатюрную модель черной дыры в условиях лабораторий. Она должна выглядеть совсем не так как представляют ее многие обыватели, однако объект может обладать теми же специфическим свойствами, что и их собратья в открытом космосе.

Отличительные признаки черных дыр

Черные дыры микроскопических размеров, которые планируют воссоздать экспериментальным способом, могут иметь массу, сравнимую с крупным астероидом. Такие образования могли появляться сразу после точки отсчета – Большого взрыва. Поэтому ученым так важно сегодня достигнуть подобного состояния, чтобы объяснить многие процессы, происходящие на заре времени и пространства нашей объективной Вселенной.

Исследователи полагают, что пространство имеет иные скрытые измерения согласно квантовой теории струн. В этих условиях дыры могут рождаться в различных условиях и в настоящее время. Для этого необходимо лишь столкновение быстрых частиц. После взаимодействия частиц ученые намерены увидеть вместо поглощения вещества испускание энергии и быстрое затухание.

На современном этапе развития концепции черных дыр принято ориентироваться при построении квантовой теории черных дыр на общую теории относительности, которую сформулировал физик Альберт Эйнштейн около века назад. Он полагал, что вещество можно сжать, тогда гравитация может стать настолько сильной, что очертит определенную область пространства. Из этой области ничего не сможет вырваться наружу и будет поглощено. Подобную границу области называют горизонтом событий, и она располагается внутри черной дыры.

Считается, что любые объекты способны проникать внутрь этого пространства, однако наружу вновь выйти не способны. Чем меньше черная дыра по видимым размерам, тем больше ее масса и сжатие. Ученые считают, что максимальная сжатость существовала перед Большим взрывом, энергия которой была сосредоточена в одной сверхмалой точке, а затем произошел ее коллапс с выбросом пока малоизученной энергии. Однако некоторые ученые-теоретики считают, что коллапс – это не единственный путь зарождения черных дыр.

Несколько десятилетий назад была разработана еще одна концепция формирования черных дыр во Вселенной в ее ранний период существования. Специалисты называют их первичными черными дырами.

Установлено, что при расширении пространства средняя плотность вещества идет на уменьшение. Таким образом, в первые моменты после Большого взрыва плотность была намного больше и могла достигать ядерного уровня. В первые мгновения зарождения нашей Вселенной микроскопические черные дыры были необходимы для участия в процессе распространения материи, однако высокая плотность не гарантировала их появления.

Теперь исследователи космоса опираются на предыдущие теоретические знания и могут называть некоторые отличительные признаки различных черных дыр:

• они имеют разнообразные размеры и могут существовать на уровне субатомных частиц;
• после Большого взрыва могли остаться малые черные дыры, которые пытаются обнаружить ученые;
• черные дыры могут возникать не только во Вселенной, но и в земных условиях.

Свойства черных дыр

Британский физик-теоретик Стивен Хокинг долгое время изучал свойства черных дыр. Он предположил, что подобные образования в космосе могут не только полностью поглощать вещество и пространство вокруг себя, но производить побочный продукт в виде тепла, однако измерить подобную величину пока не представляется возможным. Астрофизики определили примерную температуру черных звезд.

Несмотря на то, что в ней сконцентрирована огромная плотность и энергия, она имеет минимально возможную температуру, что очень мало для объекта Вселенной. При этом масса дыры постепенно уменьшается, по мере того, как излучение уносит энергию. По этой причине существование черных дыр считается весьма нестабильным. Сверхмалые черные дыры существуют непродолжительный срок и испаряются в зависимости от приобретенной массы.

Хокинг в своих работах смог объединить три основные теории: относительности, квантовую механику и термодинамику. Вскоре на основе его научных размышлений была создана квантовая теория гравитация, которая напрямую соответствовала современным представлениям о квантовой теории черных дыр.

Для того, чтобы произвести черную дыру в лабораторных условиях, необходимо соблюдения основных принципов и параметров:

• создание первичной флуктуации плотности;
• столкновение космических лучей;
• применение ускорителя частиц.

Проблемы поиска и изучения черных дыр

Для понимания всех процессов в микроскопических черных дырах необходимо для начала понять, что из себя представляет сама черная дыра, находящаяся в естественных условиях Вселенной. Ученые пытаются найти области космического пространства, где фиксируется скопления этих интересных объектов. Так как современные фоновые телескопы часто не могут справиться со своей задачей, то исследователи проводят собственные искусственные исследования в научных комплексах. Самым известным сооружением, при помощи которого планируют создать микроскопическую черную дыру, является Большой Адронный Коллайдер. Он установлен в Швейцарии. Ускоритель БАК сможет столкнуть две частицы с огромной силой, а затем они коллапсируют в черную дыру. Датчики могли бы зарегистрировать последующий распад дыры.

Ученые намерены при помощи последующего анализа полученных данных скорректировать основные направление квантовых теорий гравитации и струн. Затем указанные данные могут ответить на вопрос о зарождении и развитии Вселенной, а также понять, сколько на самом деле существует измерений, и каким образом их можно найти и использовать.