Гравитация Том 3 - Мизнер Ч.
Скачать (прямая ссылка):
Г. В центре шарового скопления, где может помещаться черная дыра, притягивающая обычные звезды в близкую к себе область, создавая тем самым пик в распределении яркости [123] *).
Д. В ядре какой-нибудь галактики, включая даже Млечный Путь, где может находиться одна огромная черная дыра (М ~ IO4 — IO8Mt)), образовавшаяся в результате более ранней активности галактического ядра. Такая
1J Cm. также Cameron A. G. W., Truran J., работа, цитируемая в книге [151].
J 33.2. Гравитационное и электромагнитное поля черной дыры 97
I
дыра в ходе аккреции вещества будет излучать гравитационные, световые и радиоволны. Окружающая дыру пыль может превращать большую часть света в инфракрасное излучение. Черная дыра может также приводить к выбросам и другим видам активности ядра [119, 123, 144, 152] *).
ібниб 33.4. ЗАКОНЫ ДИНАМИКИ ЧЕРНЫХ ДЫР
зссы, связанные с черными дырами, которые описаны в дополнении 33.3, няются обычным законам физики: общей теории относительности, электро-[ике Максвелла, гидродинамике, квантовой механике и другим законам ;и вещества и излучения. Исходя из этих обычных законов физики, можно ти определенные «принципы» или «ограничения», которым должны удовлет-ь все процессы, связанные с черными дырами. По своей плодотворности, юсти и простоте эти принципы напоминают законы термодинамики и могут рировать с ними. Вот почему они получили аналогичное название «законы ики черных дыр» 2). В этом дополнении сформулированы два закона дина-черных дыр и некоторые следствия из них. Два дополнительных закона, ые здесь не приводятся, были сформулированы Бардином, Картером и Xoy-м [153].
эвыё и второй законы динамики черных дыр
Первый закон.
1. Как и первый закон термодинамики, первый закон динамики черных дыр является обычным законом сохранения энергии, дополненным законами сохранения полного импульса, момента импульса и заряда. Эти законы сохранения подробно рассматриваются в дополнении 19.1 и в гл. 20.
2. Детализированный применительно к случаю, когда вещество падает на черную дыру и наружу уходят гравитационные волны, первый закон имеет вид, приведенный в конце дополнения 19.1.
3. Детализированный для случая падающего электрического заряда первый закон гласит: полный заряд черной дыры Q1 измеренный по создаваемому этим зарядом электрическому потоку, изменяется на величину, равную полному заряду, упавшему на черную дыру:
AQ — купавший внутрь*
Детализированный применительно к случаю, когда две черные дыры сталкиваются и сливаются в одну (пример в дополнении 33.3), первый закон гласит: а) Пусть P1 и P2 — 4-импульсы двух черных дыр, измеряемые по гравитационному проявлению черных дыр, когда они настолько удалены друг от друга, что их взаимным влиянием можно пренебречь (P1 и P2 — 4-векторы в окружающем дыры асимптотически плоском пространстве-времени). Аналогично, HyCTbJ1H J2 — тензоры полных моментов импульса черных дыр (не векторы собственных моментов импульса!) относительно произвольно выбранного начала координат SP10 в окружающем асимптотически плоском пространстве-времени (в J1
Последний обзор астрофизических процессов в окрестности черных дыр см. в рабо-I; там же имеется список литературы.— Прим. ред.
Israel W., частное сообщение, 1971 г.
I
98 33. Черные дыры
и J2 входят как орбитальные, так и собственные моменты импульс». с-дополнение 5.6). б) Пусть P3 и J3 являются аналогичными полным 1-п: пульсом и полным моментом импульса предельной черной дыры. Т. возникающей в результате слияния первых двух дыр. в) Пусть Pr и являются полным 4-импульсом и полным моментом импульса, пзлуче ными в виде гравитационных волн в процессе столкновения и слиянц Тогда
Рз=Рі + Рг — Pr, -І3 = -І1+-І2 — Jr-
(Замечание. Чтобы вычислить массу и собственный момент импуль предельной черной дыры, зная P3 и J3, последуем указанию в доію.ті нии 5.6. Согласно этому указанию, мировая линия предельной черн, дыры представляет собой ту мировую линию в асимптотически лоренг вых координатах, на которой находится центр сферического на больші расстояниях* поля этой дыры.)
Б. Второй закон (разработанный и использованный Хоукингом [103, 104 При падении чего угодно в черную дыру, при столкновении и слиянии и при столкновении и рассеянии нескольких черных дыр, а также при люб другом процессе, в котором так или иначе фигурируют черные дыры, сух площадей поверхности участвующих в процессе черных дыр [или квадраї «неприводимых масс» — см. формулу (3) ниже] никогда не может умеі шатъся (доказательство см. в § 34.5). В этом состоит второй закон динллп черных дыр.
II. Обратимые и необратимые превращения; неприводимая масса ’)
А. Рассмотрим одиночную черную дыру Керра — Ньюмана, взаимодейпвл щую с окружающими ее полями и веществом. Площадь поверхности ды А в любой момент времени определяется ее массой М, зарядом Q п соб венным удельным моментом импульса a = SIM:
А = 4я (г* + а2) = 4я'[(М -(- j/"M2 — Qz — а2)2 + а2]
(упражнение 33.12). Взаимодействие с веществом и полями может гш-р ному изменять М, Q и а; масса M может даже уменьшаться, т. е. из'чері дыры может извлекаться энергия! ([109], § 33.7). Ho какими бы ннбь эти изменения, они никогда не могут привести к уменьшению ПЛОШі поверхности А. Более того, если какое-то изменение М, Q ж а когда-л: привело к увеличению площади поверхности, то никакой процесс и Py щем не сможет вновь уменьшить ее до первоначального значения.
