Физика черных дыр - Новиков И.Д.
Скачать (прямая ссылка):
**) Напомним, что вследствие квантовых эффектов полный эффективный тензор энергии-импульса в уравнении Эйнштейна не удовлетворяет, вообще говоря, условиям положительности плотности энергии н давления. Поэтому учет квантовых эффектов может приводить к нарушению условий теорем о сингулярности внутри черных дыр (см. § 5.6) и сингулярности могут отсутствовать.
293
Однако в течение всего времени квантового испарения существует область, откуда сигналы не могут выйти наружу, и если начальная масса такого объекта много больше планковской, то длительное время все его проявления неотличимы от проявлений черной дыры.
При рассмотрении описанной модели ’’черной дыры” без сингулярностей возникает ряд фундаментальных вопросов. Один из них - это вопрос, связанный с сохранением барионного заряда в такой системе. Предположим, что коллапСирующая система обладает значительным барионным зарядом. В процессе квантового испарения из-за симметрии рождения барионов и антибарионов *) барионный заряд, содержащийся внутри системы, не может существенно измениться. С другой стороны, если эта ’’черная дыра” испаряется полностью, то после ее испарения исходный барионный заряд исчезает. В результате мы сталкиваемся с явным нарушением закона сохранения барионного заряда.
Описанная ситуация могла бы рассматриваться как трудность модели, если бы не существовали процессы, не сохраняющие барионный заряд. К числу таких процессов, широко обсуждаемых в настоящее время в связи с теориями Великого объединения, относятся процессы с участием сверх-массивных (с массой ~1014 — IOls ГэВ) BeKTopHbixAr- и У-бозонов. При сжатии вещества в процессе коллапса до плотностей р ~ IO74 - IO78 г/см3, отвечающих массе этих частиц, система почти мгновенно становится нейтральной по отношению к барионному заряду — независимо от его начального значения**). Поэтому еще до достижения планковской плотности Ppl ~ IO94г/см3 вещество может полностью потерять свой исходный барионный заряд***).
Движение частиц и лучей света в пространстве-времени с замкнутым горизонтом F = 0 обладает рядом интересных особенностей. Падающие по радиусу частицы за короткое собственное время (порядка rg/c) пересекают 71 -область, достигают линии г = 0 и начинают удаляться от центра. При этом, однако, они не могут вновь пересечь линию ED и попасть в Г,-область. Поэтому все такие частицы (при классическом описании) скапливаются вблизи ED и выходят наружу (через собственное время
*) Зельдович (1976*) обратил внимание на то, что при хокинговском излучении рождение тяжелых частиц, распадающихся с нарушением Cf-четное™, может привести к появлению в излучении избытка барионного или антибарионного заряда. Эти процессы были подробно рассмотрены в работах Долгова (1980а, Ь*. 1981). Поскольку эти процессы существенны лишь на относительно поздней стадии испарения, когда температура черной дыры достигает величины в = 1/8пМ ~ IO14 - IO15 ГэВ, то для черной дыры с массой М, значительно большей 1 г и образованной из барионов, барион-ная асимметрия распада не может значительно изменить попавший в них барионный заряд [см. по этому поводу обзоры Долгова и Зельдовича (1980*, 1981) |.
**)Эти процессы подробно рассматривались в связи с проблемой возникновения барионной асимметрии Вселенной [см., например, Долгов, Зельдович (1980*, 1981), Бэрроу (1983), Колб, Турнер (1983)]. Оценки скорости нейтрализации барионного заряда в сверхплотном веществе в теориях Великого объединения можно найти в работах Фрая и др. (1980а, Ь,с), Колба, Турнера (1983).
***) Следует упомянуть, что при планковских плотностях мог бы оказаться существенным также чисто квантовогравитационный механизм несохранения барионного заряда, предложенный Хокингом (1984).
294
порядка rg /с) после испарения ’’черной дыры”. При этом они обладают іением” d(e*F)
к V
’синим смещением” ~ е вн , где
Ъг
(13.3.8)
F=O
— аналог поверхностной гравитации для внутреннего горизонта (на линии ED), a Kbh - время жизни ’’черной дыры”. Аналогичный эффект ’’синего смещения” должен иметь место и для волн, попавших в такую ’’черную дыру”. При квантовом рассмотрении этот эффект приводит к чрезвычайно сильному рождению частиц при распаде ’’черной дыры”. Поскольку такой выброс энергии не должен превосходить величины порядка планковской массы (чтобы не нарушить закона сохранения энергии во внешнем пространстве), можно сделать вывод, что если оценка излучения, основанная на использовании квантовой теории в заданной усредненной метрике, является правильной, то внутренняя поверхностная гравитация к_ должна быть величиной, меньшей или порядка [Болашенко, Фролов (1984*, 1986*)] *).
Отсутствие горизонта событий в модели с замкнутым горизонтом могло бы привести к еще одному, чрезвычайно интересному следствию.
Рождение в черной дыре частицы, вылетающей наружу, сопровождается появлением частицы внутри нее. Отдаленный наблюдатель регистрирует лишь часть частиц, и, в соответствии с этим, излучение черной дыры обладает энтропией и описывается матрицей плотности (§ 9.3). В модели с замкнутым горизонтом горизонт событий отсутствует, и частицы, родившиеся внутри ’’черной дыры”, после испарения последней могут выйти наружу. В результате свантовое состояние с точки зрения удаленного наблюдателя могло бы снова оказаться чистым. Иными словами, рост энтропии во внешнем пространстве, связанный с тепловым излучением черной дыры на стадии, пока ее масса значительно превосходит планков-скую, должен был бы смениться резким уменьшением до нуля на последнем этапе ее распада.
