Що спільного між чорною дірою і прогнозом погоди?
Відомий британський фізик-теоретик Стівен Хокінг, один із засновників сучасної теорії чорних дір, опублікував препринт своєї статті, в якій пропонує переглянути одне з основних положень цієї теорії, а саме: замінити горизонт подій чорної діри, через який ані матерія, ані енергія не можуть поверну...
Saved in:
| Published in: | Вісник НАН України |
|---|---|
| Date: | 2014 |
| Format: | Article |
| Language: | Ukrainian |
| Published: |
Видавничий дім "Академперіодика" НАН України
2014
|
| Subjects: | |
| Online Access: | https://nasplib.isofts.kiev.ua/handle/123456789/69193 |
| Tags: |
Add Tag
No Tags, Be the first to tag this record!
|
| Journal Title: | Digital Library of Periodicals of National Academy of Sciences of Ukraine |
| Cite this: | Що спільного між чорною дірою і прогнозом погоди? // Вісн. НАН України. — 2014. — № 3. — С. 103-105. — Бібліогр.: 3 назв. — укр. |
Institution
Digital Library of Periodicals of National Academy of Sciences of Ukraine| _version_ | 1859611555062087680 |
|---|---|
| citation_txt | Що спільного між чорною дірою і прогнозом погоди? // Вісн. НАН України. — 2014. — № 3. — С. 103-105. — Бібліогр.: 3 назв. — укр. |
| collection | DSpace DC |
| container_title | Вісник НАН України |
| description | Відомий британський фізик-теоретик Стівен Хокінг, один із засновників
сучасної теорії чорних дір, опублікував препринт своєї статті, в якій пропонує переглянути одне з основних положень цієї теорії, а саме: замінити
горизонт подій чорної діри, через який ані матерія, ані енергія не можуть
повернутися назовні, на так званий уявний горизонт (apparent horizon),
здатний затримувати матерію та енергію лише на деякий час.
|
| first_indexed | 2025-11-28T12:53:53Z |
| format | Article |
| fulltext |
ISSN 0372-6436. Вісн. НАН України, 2014, № 3 103
ЩО СПІЛЬНОГО МІЖ ЧОРНОЮ
ДІРОЮ І ПРОГНОЗОМ ПОГОДИ?
«Більшість фізиків, достатньо ексцентричних, щоб написати у
своїй статті: «чорних дір не існує» (принаймні у тому вигляді,
як ми їх зазвичай уявляємо), знають напевне — такий матері-
ал не опублікують, а їх пошиють у дурні. Проте, коли до пере-
осмислення ключових понять закликає Стівен Хокінг (Stephen
Hawking), то на це варто звернути увагу», — пише журнал
Nature 1.
Справа в тому, що 22 січня 2014 р. відомий фізик-теоретик з
Кембриджського університету (Велика Британія), один із твор-
ців сучасної теорії чорних дір Стівен Хокінг виклав у онлайн-
доступі препринт статті з досить незвичною назвою «Збере-
ження інформації та прогноз погоди для чорних дір» 2, в якій
пропонує відмовитися від основного поняття цієї теорії, так
званого горизонту подій — невидимої межі, яка, як вважають,
оточує будь-яку чорну діру і через яку ніщо, ані матерія, ані
енергія, навіть інформація, не може прорватися. Замість цьо-
го він пропонує м’якіший варіант уявного горизонту (apparent
horizon), який лише тимчасово утримує матерію та енергію в
полоні, врешті-решт звільняючи їх, хоча й у дуже спотвореному
вигляді. Статтю написано за матеріалами лекції, яку С. Хокінг
прочитав під час інтернет-конференції в Інституті теоретичної
фізики ім. Ф. Кавлі (Каліфорнія) в серпні 2013 р. 3
1 http://www.nature.com/news/stephen-hawking-there-are-no-black-holes-
1.14583.
2 Hawking S.W. Information preservation and weather forecasting for black
holes. — http://arxiv.org/abs/1401.5761.
3 http://online.kitp.ucsb.edu/online/fuzzorfire_m13/hawking/.
НОВИНИ НОВИНИ
НАУКИНАУКИ
Відомий британський фізик-теоретик Стівен Хокінг, один із засновників
сучасної теорії чорних дір, опублікував препринт своєї статті, в якій про-
понує переглянути одне з основних положень цієї теорії, а саме: замінити
горизонт подій чорної діри, через який ані матерія, ані енергія не можуть
повернутися назовні, на так званий уявний горизонт (apparent horizon),
здатний затримувати матерію та енергію лише на деякий час.
104 ISSN 0372-6436. Вісн. НАН України, 2014, № 3
НОВИНИ НАУКИ
Згідно з традиційними уявленнями, якщо
щільність матерії досягає деякої критичної ве-
личини, під впливом власної гравітації вона ко-
лапсує в чорну діру — частину простору, де гра-
вітаційні сили настільки великі, що навіть світ-
ло не може її покинути. Чорна діра відділена від
решти Всесвіту горизонтом подій — умовним
бар’єром, проникним лише в один бік.
У класичній теорії відносності чорна діра не
може нічого випромінювати, однак у середи-
ні 70-х років С. Хокінг показав, що квантові
ефекти поблизу горизонту подій призводять
до того, що діра все ж таки випромінює, при-
чому спектр цього випромінювання є анало-
гічним до спектра випромінювання абсолютно
чорного тіла. З погляду квантової механіки,
це означає, що чорна діра втрачає інформацію
про те, що вона поглинула. Цей ефект супере-
чить постулату про збереження інформації (у
певному сенсі узагальненню закону збережен-
ня енергії) і тому дістав назву інформаційного
парадоксу чорних дір.
Розвиваючи ідеї С. Хокінга і намагаючись
розв’язати цей парадокс, фізик-теоретик
Дж. Пол чинські (Joseph Polchinski) з колегами
в 2012 р. описали ефект так званої вогняної сті-
ни (firewall paradox), суть якого полягає в тому,
що за законами квантової механіки межа гори-
зонту подій має бути настільки насиченою
енергією, що будь-який об’єкт, який потрапляє
до неї, буде знищено. Цей результат, у свою
чергу, суперечить теорії відносності, згідно з
якою горизонт подій з погляду фізичних зако-
нів нічим не відрізняється від решти регіонів
простору.
У своїй новій роботі С. Хокінг запропонував
інший, неймовірно простий варіант. Квантова
механіка і загальна теорія відносності залиша-
ються справедливими, але у чорних дір просто
немає горизонту подій. Його версія спирається
на те, що квантові ефекти довкола чорної діри
примушують простір-час закручуватися так,
наче чіткої поверхневої межі не існує. Замість
горизонту подій він пропонує поняття уявно-
го горизонту — поверхні, яка утримує матерію
та енергію, але тимчасово, надаючи їм врешті-
решт можливість вирватися з поля дії чорної
діри. У теорії загальної відносності ці два го-
ризонти є ідентичними, однак насправді вони
дещо відрізняються. Якщо чорна діра погли-
нає дедалі більше матерії, то її горизонт подій
має розбухати і розростатися за межі уявного
горизонту. «Відсутність горизонту подій озна-
чає, що не існує чорних дір у тому сенсі, що є
такий стан, звідки світло ніколи не зможе ви-
рватися», — пише С. Хокінг.
Учений зауважує також, що випромінюван-
ня чорної діри матиме хаотичний, у матема-
тичному сенсі, характер. Це означає, що, незва-
жаючи на принципове збереження інформації,
витягти її з випромінювання неможливо. У
своїй роботі С. Хокінг порівнює завдання ви-
лучення інформації з випромінювання чорної
діри з прогнозуванням погоди на віддалене
майбутнє: теоретично це можливо, але прак-
тично, з достатнім ступенем точності — не вда-
ється. Хаотичність у цьому випадку означає
таку залежність від початкових умов, що най-
менша неточність у їх визначенні призводить
до принципово різних розв’язків задачі. «У
класичній теорії з чорної діри немає виходу,
однак квантова теорія дозволяє енергії та ін-
формації вирватися за її межі», — пояснив
С. Хокінг в інтерв’ю журналу Nature. Учений
погоджується, що для повного з’ясування про-
цесу потрібно створити теорію, яка б успішно
поєднала гравітацію з іншими фундаменталь-
Чорна діра (комп’ютерна графіка)
ISSN 0372-6436. Вісн. НАН України, 2014, № 3 105
НОВИНИ НАУКИ
ними силами природи, над чим фізики б’ються
вже майже століття. «Правильне трактуван-
ня, — підсумував С. Хокінг, — залишається
загадкою».
«Змальована С. Хокінгом картина виглядає
правдоподібною, — коментує препринт Дон
Пейдж (Don Page), фізик та експерт з чорних
дір з Університету Альберта (Канада), який
співпрацював із С. Хокінгом у 70-х роках. —
Припущення про відсутність горизонту подій
може здаватися надто радикальним, але це
суто квантові умови і неоднозначність зали-
шається навіть у тлумаченні самого простору-
часу, не кажучи вже про реальність горизонту
подій». І хоча Д. Пейдж поділяє нову ідею
С. Хокінга, він висловлює сумнів, що одного
цього факту буде достатньо, щоб подолати па-
радокс вогняної стіни. Навіть наявність ефе-
мерного уявного горизонту, попереджає він,
може спричинити такі самі проблеми, як і в
разі горизонту подій.
На відміну від горизонту подій, уявний гори-
зонт з часом може зникати. Д. Пейдж зазначає,
що С. Хокінг підводить нас до надзвичайного
сценарію, «за яким в принципі все може вийти
за межі чорної діри». Щоправда, С. Хокінг не
вказує у своїй статті, як саме має зникати уяв-
ний горизонт, і Д. Пейдж зробив припущення,
що це може статися, коли чорна діра зменшить-
ся до певного розміру, за якого ефекти квантової
механіки та гравітації об’єднаються. У цю мить
усе, що колись потрапило в чорну діру, звіль-
ниться, хоча й у дуже спотвореному стані.
Якщо С. Хокінг правий, то, можливо, у цен-
трі чорної діри немає і сингулярності. Матерія
лише тимчасово утримується в межах уявного
горизонту, який із часом зміщується всередину
внаслідок тяжіння чорної діри, однак ніколи
не впаде в її центр. Інформація про цю матерію
збережеться, проте вона настільки зміниться,
що, потрапивши назовні у вигляді променів
Хокінга, не дасть жодної можливості довіда-
тися, чим саме були колись поглинуті об’єкти.
«Це буде складніше, аніж намагатися відтвори-
ти з попелу книгу, спалену дощенту», — каже
Д. Пейдж.
Утім Дж. Полчинські висловлює сумніви
щодо існування чорної діри без горизонту по-
дій, оскільки певний тип жорстких флуктуа-
цій, потрібних для його зникнення, — це надто
рідкісне явище у Всесвіті. «У гравітаційній те-
орії Ейнштейна горизонт чорної діри не дуже
відрізняється від будь-якої іншої частини кос-
мосу, — зазначає він. — Ми ніколи не побачи-
мо флуктуацію простору-часу навколо себе: це
дуже рідко трапляється на великих масшта-
бах».
Рафаель Буссо (Raphael Bousso), фізик-тео-
ретик з Каліфорнійського університету в Бер-
клі, колишній студент С. Хокінга, наголошує,
що ця стаття зайвий раз підкреслила, наскіль-
ки суперечливою є ідея вогняної стіни. Проте
він також з осторогою ставиться до розв’язку
Хокінга. «Думка про те, що у чорній дірі не-
має такої точки, з якої неможливо було б ви-
рватися, певною мірою навіть радикальніша за
ідею вогняної стіни і ставить перед фізиками
ще більше проблем, — каже він. — Однак той
факт, що ми й досі обговорюємо ці питання,
хоча після публікації перших робіт С. Хокінга
щодо чорних дір минуло вже 40 років, свідчить
про їх величезне значення».
|
| id | nasplib_isofts_kiev_ua-123456789-69193 |
| institution | Digital Library of Periodicals of National Academy of Sciences of Ukraine |
| issn | 0372-6436 |
| language | Ukrainian |
| last_indexed | 2025-11-28T12:53:53Z |
| publishDate | 2014 |
| publisher | Видавничий дім "Академперіодика" НАН України |
| record_format | dspace |
| spelling | 2014-10-07T11:42:15Z 2014-10-07T11:42:15Z 2014 Що спільного між чорною дірою і прогнозом погоди? // Вісн. НАН України. — 2014. — № 3. — С. 103-105. — Бібліогр.: 3 назв. — укр. 0372-6436 https://nasplib.isofts.kiev.ua/handle/123456789/69193 Відомий британський фізик-теоретик Стівен Хокінг, один із засновників сучасної теорії чорних дір, опублікував препринт своєї статті, в якій пропонує переглянути одне з основних положень цієї теорії, а саме: замінити горизонт подій чорної діри, через який ані матерія, ані енергія не можуть повернутися назовні, на так званий уявний горизонт (apparent horizon), здатний затримувати матерію та енергію лише на деякий час. uk Видавничий дім "Академперіодика" НАН України Вісник НАН України Новини науки Що спільного між чорною дірою і прогнозом погоди? Article published earlier |
| spellingShingle | Що спільного між чорною дірою і прогнозом погоди? Новини науки |
| title | Що спільного між чорною дірою і прогнозом погоди? |
| title_full | Що спільного між чорною дірою і прогнозом погоди? |
| title_fullStr | Що спільного між чорною дірою і прогнозом погоди? |
| title_full_unstemmed | Що спільного між чорною дірою і прогнозом погоди? |
| title_short | Що спільного між чорною дірою і прогнозом погоди? |
| title_sort | що спільного між чорною дірою і прогнозом погоди? |
| topic | Новини науки |
| topic_facet | Новини науки |
| url | https://nasplib.isofts.kiev.ua/handle/123456789/69193 |