Новости Загадка кугельблица: что не так с теорией чёрных дыр

[NewsMaker]

Учёные доказали, что экзотический тип чёрной дыры не может существовать.

---

---

Недавняя статья в журнале Для просмотра ссылки Войди или Зарегистрируйся утверждает, что создание так называемого "кугельблица" невозможно.

Кугельблиц - это гипотетический объект, представляющий собой чёрную дыру, образованную не из материи, а из чистой энергии, например, из сконцентрированного электромагнитного излучения. Традиционно считается, что для образования чёрной дыры требуется большая масса. Однако теоретически чёрные дыры могут образовываться и путём концентрации энергии, как в случае с гипотетической чёрной дырой типа "кугельблиц". Согласно последним исследованиям, квантовые эффекты, в частности эффект Для просмотра ссылки Войди или Зарегистрируйся , препятствуют формированию кугельблицов, заставляя энергию покидать область концентрации быстрее, чем она может быть собрана.

<span style="font-family: var(--ui-font-family-primary, var(--ui-font-family-helvetica));">Таким образом, хотя общая теория относительности допускает возможность существования кугельблицов, их образование невозможно при учёте квантовой механики.</span>

Чёрные дыры являются одним из самых известных космических объектов. Обычно для их создания требуется масса, в несколько раз превышающая массу Солнца, сжатая до крошечных размеров. Однако более точное представление заключается в том, что чёрная дыра — это большое количество концентрированной энергии. Теоретически, если направить мощные лазеры на одну точку, световая энергия может создать чёрную дыру. Такое образование и называется кугельблиц (нем. "шаровая молния").

Согласно знаменитому уравнению Эйнштейна, E = mc², энергия и масса эквивалентны. Однако стоит учитывать параметр c² — квадрат скорости света, который является огромным числом. Это означает, что небольшое количество массы эквивалентно огромной энергии. Например, один грамм вещества соответствует энергии, высвобожденной при ядерном взрыве в Хиросиме.

Когда осознаётся, сколько энергии хранится в обычной материи, становится понятно, почему астрономы пришли к выводу, что для создания чёрных дыр необходима масса, которая является высококонцентрированной энергией.

Материя состоит из атомов, включающих протоны, нейтроны и электроны. Масса электронов незначительна по сравнению с протонами и нейтронами (вместе называемыми нуклонами). При этом нуклоны состоят из более мелких частиц — кварков. Суммарная масса кварков составляет лишь около 2% от массы нуклонов. Остальные 98% массы приходится на движение кварков с околосветовой скоростью и на сверхсильные силы, удерживающие их внутри нуклонов.

Таким образом, масса — это в основном энергия движения и связывания кварков. Исходя из этого, можно предположить, что любая достаточно плотная концентрация энергии приведёт к образованию чёрной дыры. Так возникла идея создания кугельблицов путём концентрации световой энергии в небольшом объёме.

Однако общая теория относительности является квазиклассической и не учитывает квантовые эффекты. А квантовая механика необходима для описания мира на ультрамалых масштабах, где для создания чёрных дыр требуется концентрация большого количества энергии в малом объёме. Поэтому любые предсказания о существовании кугельблицов, игнорирующие квантовые эффекты, почти наверняка ошибочны.

Группа учёных из Для просмотра ссылки Войди или Зарегистрируйся и Для просмотра ссылки Войди или Зарегистрируйся исследовала, как квантовая механика влияет на предсказания о кугельблицах. Один из эффектов, не учтённых в общей теории относительности, — это эффект Швингера. Он описывает, что происходит при концентрации большого количества электромагнитной энергии в малом объёме. В таких условиях энергия может превращаться в электрон и антиэлектрон, которые затем покидают этот объём. Если скорость потери энергии превышает скорость её концентрации, то это ограничивает возможную концентрацию энергии.

Учёные убедительно Для просмотра ссылки Войди или Зарегистрируйся , что при высокой плотности энергии эффект Швингера доминирует, и энергия теряется быстрее, чем накапливается. В диапазоне размеров от 10^-29 метров (меньше протона) до 10^8 метров (меньше Солнца) кугельблицы не могут формироваться. Для меньших размеров расчёты приближаются к планковской шкале, где все известные законы физики перестают действовать. На больших масштабах нет известных явлений, способных сжать необходимое количество энергии в объём размером с Солнце.

Таким образом, несмотря на то что общая теория относительности допускает существование кугельблицов, квантовые эффекты их исключают.

Это открытие может разочаровать поклонников сериала " Для просмотра ссылки Войди или Зарегистрируйся ", где кугельблицы играют важную роль. Тем не менее, способность объединить общую теорию относительности и квантовые эффекты — важная цель для физиков. Недавние исследования, наряду с излучением Хокинга, представляющим собой медленное испарение чёрных дыр, являются значительным шагом вперёд.