Испарение Черных Дыр

 

Википедия: «Изучая поведение квантовых полей вблизи чёрной дыры, Хокинг предсказал, что чёрная дыра обязательно излучает частицы во внешнее пространство и тем самым теряет массу. Этот эффект называется излучением (испарением) Хокинга. Упрощённо говоря, гравитационное поле поляризует вакуум, в результате чего возможно образование не только виртуальных, но и реальных пар частица-античастица. Одна из частиц, оказавшаяся чуть ниже горизонта событий, падает внутрь чёрной дыры, а другая, оказавшаяся чуть выше горизонта, улетает, унося энергию (то есть часть массы) чёрной дыры.
… Излучением Хокинга называют гипотетический процесс испускания разнообразных элементарных частиц,- преимущественно фотонов,- чёрной дырой. Температуры известных астрономам чёрных дыр слишком малы, чтобы излучение Хокинга от них можно было бы зафиксировать — массы дыр слишком велики. Поэтому до сих пор эффект не подтверждён наблюдениями». Конец цитаты.

Эйфория, связанная с ошеломительным успехом теории черных дыр (ЧД), постепенно утихла, и стали заметны некоторые несуразности диалектического свойства.

Дело в том, что ЧД первых моделей явно прерывали процесс кругооборота материи во Вселенной. Возникла необходимость подлатать теорию. Одно из придуманных Хокингом усовершенствований теории состоит в том, что ЧД предписали испаряться и, таким образом, предоставили ей возможность при некоторых, неблагоприятных для неё, и благоприятных для выдумщика, условиях заканчивать своё существование. Необходимые условия состоят в полном отсутствии вещества и излучения в окрестности ЧД. Под окрестностями ЧД надо понимать как непосредственно окружающее пространство захвата, так и дальнее пространство Вселенной с излучением и веществом, движущимися точно в направлении ЧД. Для справки, «реликтовое» излучение многократно превышает излучение ЧД, и при его наличии и поглощении ЧД никогда не начнет худеть. Образно выражаясь, сначала должна умереть Вселенная, и лишь потом начнут умирать паразитирующие на ней ЧД.

Как происходит испарение.
У границы черной дыры физический вакуум находится в условно напряженном состоянии, вследствие чего он квантовым образом поляризуется (так решил Хокинг). Из ТО ничего подобного не следует. ТО Эйнштейна, вообще, не совместима с квантовыми представлениями. А квантовая теория, в свою очередь, не может оперировать безразмерными материальными точками, определяющими свойства вещества в ТО.
Здесь требуется пояснение. Содружество релятивистов и некоторой части квантовиков, решившее примирить две несовместимые теории, пришло к следующему соглашению. Физический вакуум – это неисчерпаемое хранилище энергии в неизвестной нам форме. Это хранилище они образно назвали бушующим океаном (естественно четырехмерным, чтобы никто не мучился, пытаясь его представить). Наша Вселенная – является всего лишь пеной на поверхности этого бушующего океана. В результате этого бушевания в нашем измерении происходит спонтанное рождение пар: частица-античастица. Но это излучение мы не можем обнаружить в силу его скоротечности, т.е. оно для нас виртуальное. Дело в том, что каждая пара, еще не возникнув, уже аннигилирует [3]. Случайные сбои в процессе моментальной аннигиляции, называемые флуктуациями этого бушевания, мы и наблюдаем как реальное рождение пары, что в обычных условиях происходит чрезвычайно редко. А вот в зоне горизонта событий, это уже стандартное (обычное) событие.

Каждая пара частиц характеризуется скоростью и направлением разлета частиц. И то, и другое – случайные величины. Ну вот, добрались до сути фокуса Хокинга: на поверхности горизонта событий направление разлета рожденных частиц перестает быть случайным, т.е. становится поляризованным, а именно, ортогональным к поверхности ЧД.

Однако у Хокинга по поводу полной поляризации вакуума подробностей нет, это всего лишь наши догадки. Можно мыслить поляризованное испарение и как изотропное рождение пар, но тогда испарение будет возможно только для пар, случайно оказавшихся ортогональными к горизонту событий. В этом случае возникает проблема с определением допустимых отклонений, т.к. в идеальном представлении, вероятность абсолютного совпадения направлений стремится к нулю.

Что происходит дальше.

Если подходящая для испарения пара рождается на поверхности ЧД (а поверхность эта, у Хокинга, бесконечно тонкая, хотя у других авторов — пенообразная), то неизбежно одна из частиц этой пары оказывается внутри ЧД, а вторая снаружи. У частицы, которая снаружи, появляется шанс покинуть ЧД. Но, как говорится, не каждая птица сможет перелететь Днепр. Чтобы покинуть ЧД частица снаружи должна иметь скорость, практически равную скорости света. Экспериментально, при спонтанном рождении пар, такие частицы еще не обнаружены. Но сделаем Хокингу уступку, пусть невозможное в природе, для него, станет возможным.

Итак, с поверхности ЧД происходит (стартует) корпускулярное излучение. Рассмотрим процесс излучения с учетом начальных условий. Выберем самый простейший вариант ЧД, т.е. ЧД Шварцшильда. Как известно, такая ЧД имеет всего один первичный параметр, а именно, массу M. В общем случае ЧД может иметь еще заряд Q и момент инерции MR, где R=0! Вся масса ЧД по определению (в соответствии с постулатом ТО Эйнштейна) сосредоточена в центре ЧД в одной безразмерной точке, называемой точкой сингулярности. При этом масса ЧД вполне конкретна и конечна. Размер ЧД, тоже конечный, определяется условной границей, называемой «горизонтом событий». Горизонт событий материально никак не обозначен, есть только косвенный признак: ни один объект Вселенной, включая фотоны и нейтрино, не может покинуть область ЧД, ограниченную горизонтом событий.
Вернемся к нашему анализу. В исходном состоянии имеем стационарную ЧД с массой Мо. Затем на условной поверхности ЧД происходит  рождение пары. Это происходит за счет неизбывной энергии вакуумного океана, т.е. не за счет ЧД. Однако в этом случае заплатка или подпорка для теории ЧД не получится. Надо, чтобы рождение пары происходило за счет ЧД. Раз надо – пусть так и будет.

Для того, чтобы одна из частиц могла покинуть ЧД, масса-энергия каждой частицы должна быть близка к бесконечности, М_исп= М₀/(1-v²/c²)^0,5 при «v», стремящейся к «c». Здесь Mисп — стартовая масса-энергия спонтанно рожденной частицы с массой покоя М₀, предназначенной для акта испарения. Внутренняя частица поглощается ЧД, и масса ЧД увеличивается на величину М_исп.

Здесь возникает сразу два вопроса к Хокингу. Где же тут испарение (потеря массы дырой), и кто кого захватывает? Ведь, прибавочная масса М_исп может быть сколь угодно большой, а М_чд конечна, т.е. возможна ситуация М_исп > М_чд. Но это означает, что ЧД не может родить пару, энергия которой больше энергии дыры. Вопросы, естественно, риторические, поэтому продолжим.

Раз уж мы исследуем излучение ЧД, необходимо выяснить судьбу испаренной частицы. При достаточно большой начальной скорости, близкой к скорости света, эта частица отдалится от ЧД достаточно далеко, и остановится. После чего снова начнет падать на ЧД, т.к. её стартовая скорость все-таки была меньше скорости света. Во время остановки и разворота частицы, её можно «спасти» от ЧД, сообщив ей дополнительный импульс,  и исследовать. Окажется, что это простой электрон или позитрон с начальной энергией равной 0,5Mv², не превышающей М·c² или 0.5 МэВ. У испаренной частицы есть  исчезающая вероятность не быть возвращенной на ЧД, но для этого надо исследовать распределение частиц по скоростям в области v=С.  Но частиц, рождающихся с такими параметрами, не существует, т.е. испарение частиц ЧД невозможно в принципе даже по технологии Хоккинга.
Существует другой возможный сценарий событий. Частица снаружи аннигилирует с другой наружной частицей. В угоду Хокингу, обяжем образовавшиеся два гамма-кванта тоже быть поляризованными. Один из гамма-квантов устремится прочь от ЧД, и в данном варианте у него это с гарантией получится, т.к. его начальная скорость точно равна скорости света, а место старта чуть-чуть удалено от горизонта событий.

Получив полную  свободу за пределами притяжения ЧД, вырвавшийся гамма-квант окажется похудевшим. Степень похудения зависит от координат точки аннигиляции.  Излучение должно быть представлено полным спектром, т.е. от 0 до М·c², и не обнаружить его, просто, невозможно. В этой ситуации Хокинг нам уже не указ. Чтобы узнать, как же происходит похудение гамма-кванта в поле гравитации, придется обратиться к наследию Эйнштейна. Но там ответа нет. Там только утверждение, что фотон теряет энергию. А кто её подбирает — никому не известно.
А самое огорчительное, что нет ответа и на вопрос, как происходит фазовый переход от фотона-частицы (гамма-кванта) к худеющему фотону-радиоизлучению, длина волны которого непрерывно скачками возрастает вплоть до максимально возможной длины – длины, которая опять же никому не известна. Но эта проблема уже из квантовой теории.

Есть еще один вопрос, уже к неизвестным авторам квантовых фантазий о вакуумном океане. Речь о виртуальных парах частиц, которые в огромном количестве рождаются на поверхности вакуумного океана и моментально аннигилируют. Рождение и исчезновение частиц мы не успеваем заметить, по определению. Но как можно не заметить огромное количество не исчезающих гамма-квантов, являющихся результатом аннигиляции? Ответ у авторов ЧД ошеломляюще простой: излучения нет, т.к. его наличие противоречило бы закону сохранения энергии. Вот так — изучайте классику.

Вся теория ЧД это сплошная профанация, которая старательно замаскирована математическими зарослями, вскормленными на гидропонике произвольных предположений.

Идея  с испарением ЧД является не прикрытой ложью, и её необходимо рассматривать как бесстыдное надувательство, авторы которого уверенны в своей безнаказанности под крылом господствующей Теории Относительности Эйнштейна.

Мы рассмотрели простейший случай с ЧД Шварцшильда. Если же ЧД (безразмерную точку) раскрутить, то у нее появится момент инерции (отложите классику), и все станет ещё затейливее. Но писать об этом почему-то скучно.

Нижний Новгород, октябрь 2012г.

ИСТОЧНИКИ

1. Стивен Хокинг, «Теория всего. Происхождение и судьба Вселенной».
2. Стивен Хокинг, «Краткая история времени».
3. Злосчастьев К., (кафедра гравитации и теории поля, Институт Ядерных Исследований, Национальный Автономный Университет Мексики. Доктор философии в области физики), «О сингулярности, информации, энтропии, космологии и многомерной Единой теории взаимодействий в свете современной теории черных дыр».
4. Хуан Малдасена (Juan Maldacena), (Институт высших исследований, Школа естественных наук, Принстон, Нью-Джерси, США) «Черные дыры и структура пространства-времени».
5. Новиков И.Д., Фролов В.П.,  «Чёрные дыры во Вселенной».
6. Паули В. «Теория относительности». — 2-е изд. — М.: Наука, 1983.
7. Новиков И.Д. «Черные дыры и Вселенная». М., Молодая гвардия, 1985.
8. Чандрасекар С. «Математическая теория черных дыр». М., Мир, 1986.
9. Черепащук А.М. «Поиски черных дыр». – Успехи физических наук, 2003, т.173, № 4.