Hawking Stephen W Krotka Historia Czasu (3)

Podstrony

[ Pobierz całość w formacie PDF ]
.Jednakże ciało o niezerowej temperaturze musi promieniować fale elektromagnetyczne o określonym natężeniu.Każdy wie, że rozgrzany pogrzebacz jest czerwony i emituje promieniowanie.Ale i ciała o niższej temperaturze wysyłają promieniowanie, tyle że jest to promieniowanie o słabszym natężeniu.To promieniowanie jest konieczne, aby zapobiec naruszeniu drugiej zasady termodynamiki.A zatem czarne dziury powinny również promieniować.Tymczasem, niejako z definicji, czarna dziura nie promieniuje! Wydawało się więc, że powierzchnia czarnej dziury nie może być uznana za miarę jej entropii.W pracy z 1972 roku, napisanej wspólnie z Brandonem Carterem i amerykańskim kolegą Ji-mem Bardeenem, twierdziliśmy, że mimo podobieństwa własności powierzchni horyzontu i entropii ta właśnie trudność uniemożliwiła ich utożsamienie.Muszę przyznać, że napisałem tę pracę częściowo dlatego, że zirytował mnie Bekenstein; uważałem bowiem, iż posłużył się niewłaściwie moim twierdzeniem o wzroście powierzchni horyzontu.W końcu jednak okazało się, że miał on w gruncie rzeczy rację, choć z pewnością nie przeczuwał, jakie będzie rozwiązanie problemu.We wrześniu 1973 roku podczas wizyty w Moskwie miałem okazję porozmawiać o czarnych dziurach z dwoma znanymi radzieckimi ekspertami, Jakowem Zeldowiczem i Aleksandrem Starobinskim.Przekonali mnie oni, że zgodnie z zasadą nieoznaczoności obracająca się czarna dziura powinna tworzyć i emitować cząstki.Ich argumenty były przekonujące z punktu widzenia fizyka, ale metoda obliczenia natężenia promieniowania nie podobała mi się zbytnio od strony matematycznej.Zacząłem więc opracowywać lepszy matematycznie sposób, który przedstawiłem na nieformalnym seminarium w Oxfordzie w listopadzie 1973 roku.W owym czasie jeszcze nie zakończyłem rachunków i nie wiedziałem, jakie jest w rzeczywistości natężenie promieniowania czarnej dziury.Nie spodziewałem się odkryć niczego poza promieniowaniem wirujących czarnych dziur, przewidzianym uprzednio przez Zeldo-wicza i Starobinskiego.Gdy ukończyłem obliczenia, okazało się jednak, ku memu zdumieniu i złości, że nawet nie obracające się czarne dziury powinny tworzyć i wysyłać cząstki w stałym tempie.Początkowo sądziłem, że pojawienie się tego promieniowania wskazuje na niepopra-wność jednego z użytych przybliżeń.Obawiałem się też, że Bekenstein może dowiedzieć się o moich wynikach i wykorzystać je jako dodatkowe argumenty potwierdzające jego koncepcje o entropii czarnych dziur, których to koncepcji w dalszym ciągu nie lubiłem.Im dłużej jednak myślałem o swych obliczeniach, tym mocniej byłem przekonany, że wszystko jest w porządku i użyte przybliżenia są poprawne.O tym, że to promieniowanie rzeczywiście istnieje, przekonał mnie ostatecznie fakt, że widmo wysyłanych cząstek było dokładnie takie, jakie wysyła gorące ciało, zaś natężenie promieniowania jest właśnie takie, jakiego potrzeba, by uniknąć naruszenia drugiej zasady termodynamiki.W latach następnych wielu fizyków obliczało natężenie promieniowania czarnych dziur na wiele różnych sposobów.Wszyscy otrzymali ten sam wynik: czarna dziura powinna emitować cząstki, tak jakby była zwyczajnym gorącym ciałem, a jej temperatura zależy wyłącznie od masy — im większa masa, tym niższa temperatura.Jak to jest możliwe, by czarna dziura emitowała cząstki, jeśli wiemy, iż nic nie może wydostać się poza horyzont zdarzeń? Odpowiedź, jaką daje nam mechanika kwantowa, brzmi: cząstki te nie pochodzą z wnętrza czarnej dziury, lecz z “próżnej" przestrzeni tuż poza horyzontem zdarzeń! Możemy to wyjaśnić w następujący sposób.To, co mamy na myśli, mówiąc “próżnia", nie może być całkowicie puste, gdyż aby tak było, wszystkie pola — grawitacyjne, elektromagnetyczne i inne — musiałyby całkowicie zniknąć.Jednak z wartością pola i tempem jego zmian jest tak, jak z położeniem i prędkością cząstki — z zasady nieoznaczoności wynika, że im dokładniej znamy jedną z tych wielkości, tym mniej wiemy o drugiej.A zatem pole w pustej przestrzeni nie może całkowicie zniknąć, gdyż wtedy znalibyśmy precyzyjnie jego wartość (zero) i tempo zmian (również zero).Wartości pól nie można wyznaczyć z dowolną dokładnością; zachowanie koniecznej nieoznaczo-ności zapewniają kwantowe fluktuacje.Takie fluktuacje można wyobrazić sobie jako pojawiające się w pewnej chwili pary fotonów lub grawitonów, które istnieją oddzielnie przez krótki czas, a następnie ani-hilują się wzajemnie.Są to cząstki wirtualne, podobnie jak cząstki przenoszące oddziaływanie grawitacyjne Słońca.W przeciwieństwie do cząstek rzeczywistych, nie można ich bezpośrednio zarejestrować za pomocą detektora cząstek.Można jednak zmierzyć ich pośrednie efekty, na przykład niewielkie zmiany energii orbit elektronowych w atomach; wyniki pomiarów zgadzają się z przewidywaniami teoretycznymi z niezwykłą dokładnością.Z zasady nieoznaczoności wynika również istnienie podobnych par wirtualnych cząstek materii, takich jak elektrony i kwarki.Te pary jednak składają się z cząstek i antycząstek (fotony i grawitony są identyczne ze swymi antycząstkami).Ponieważ energia nie może powstawać z niczego, jeden z partnerów pary cząstka - antycząstka musi mieć ujemną energię, a drugi dodatnią.Temu o ujemnej energii przeznaczone jest być krótko żyjącą wirtualną cząstką, gdyż rzeczywiste cząstki w normalnych warunkach mają zawsze dodatnią energię.Wobec tego, cząstka ta musi znaleźć swego partnera i ulec anihilacji.Jednakże rzeczywista cząstka w pobliżu ciała o dużej masie ma niższą energię niż wtedy, gdy jest z dala od niego, ponieważ przesunięcie jej na znaczną odległość od tego ciała wymaga zużycia energii niezbędnej do przezwyciężenia jego przyciągania grawitacyjnego [ Pobierz całość w formacie PDF ]

zanotowane.pl

doc.pisz.pl

pdf.pisz.pl

bezglutenowo.pev.pl