Теорема об «отсутствии волос»

Материал из свободной русской энциклопедии «Традиция»
Перейти к навигации Перейти к поиску

Теорема об «отсутствии волос» у чёрной дыры (англ. No hair theorem) говорит о том, что у стационарной чёрной дыры дополнительных идентифицирующих внешних характеристик, кроме массы, момента импульса и определённых зарядов (специфических для различных материальных полей), быть не может (в том числе и радиуса), и детальная информация о материи будет потеряна (и частично излучена вовне) при коллапсе.[1] При совпадении этих параметров у нескольких чёрных дыр они считаются неразличимыми. Большой вклад в доказательство подобных теорем для различных систем физических полей внесли Брэндон Картер, Вернер Израэль, Роджер Пенроуз, Пётр Крушель (Chruściel), Маркус Хойслер. Сейчас представляется, что данная теорема верна для известных в настоящее время полей, хотя в некоторых экзотических случаях, аналогов которых в природе не обнаружено, она нарушается.[2]

В частности, параметры чёрной дыры могут быть измерены внешним наблюдателем с помощью пробных тел — масса чёрной дыры по её гравитационному ускорению, а момент импульса — по гравитоэлектромагнитному полю и эффекту увлечения инерциальной системы отсчёта в ОТО (соответственно по полю кручения в лоренц-инвариантной теории гравитации). Предполагают, что заряженная чёрная дыра отталкивает заряды одинакового с ней знака. Хотя фотоны как переносчики электромагнитного взаимодействия не могут покинуть чёрную дыру и электрической силы как будто бы не должно быть, считается верной теорема Гаусса о сохранении общего электрического потока сферы как меры её электрического заряда. Упрощенно чёрная дыра рассматривается подобно классической проводящей сфере с некоторым удельным сопротивлением.[3] Однако предположение о «неуничтожимости» для внешнего наблюдателя электрического заряда вещества, упавшего в чёрную дыру, сталкивается с одной трудностью: произвольное перераспределение зарядов или их траекторий внутри дыры приведёт к изменению внешнего электромагнитного поля, то есть к передаче сигнала или информации наружу в нарушение идеи Финкелштейна.

Когда чёрная дыра поглощает какую-либо материю, её горизонт должен колебаться подобно натянутой мембране с трением, как в диссипативной системе. При этом происходит потеря значительной части начальной информации, связанной с падающей материей, в основном той, которая описывает псевдозаряды элементарных частиц в виде барионного числа, лептонного числа и т. д. Данный эффект получил в литературе название исчезновение информации в чёрной дыре.[4] [5][6]

Потеря информации в чёрной дыре является загадочной даже классически, поскольку в ОТО функции Лагранжа и Гамильтона в простейшем случае симметричны относительно обращения времени. Наличие горизонта делает чёрную дыру несимметричной при обращении времени: материя может упасть в дыру, но не может её покинуть. Дыра, в которой осуществляются процессы, противоположные процессам в чёрной дыре, называется белой дырой. Энтропийный подход и квантовая механика не предсказывают различий между белой и чёрной дырами для внешнего наблюдателя кроме направления движения материи либо внутрь, либо наружу внутри горизонта.

Теорема об «отсутствии волос» у чёрной дыры делает ряд предположений о природе вселенной и свойствах материи, если же учитываются другие предположения, то получаются и другие заключения. Например, если существуют магнитные монополи, то магнитный заряд должен быть четвёртым параметром для классической чёрной дыры.[7]

Известны следующие условия, когда теорема об «отсутствии волос» у чёрной дыры может быть недействительна:

  1. Размерность пространства более чем четыре.
  2. При наличии неабелевых полей Янга — Миллса.
  3. Для дискретных калибровочных симметрий.
  4. Имеются некоторые действующие скалярные поля [8]
  5. При топологическом скручивании скаляров, как в случае скирмионов.
  6. Справедливы модифицированные теории гравитации, отличающиеся от ОТО.

Указанные исключения ещё не исследованы до конца и быть может, не приведут к новым последствиям.[9] Предполагается, что в нашей почти плоской четырёхмерной Вселенной и для больших чёрных дыр теорема должна выполняться.[10]

Внешние ссылки[править | править код]

  1. ↑ M. Heusler «Stationary Black Holes: Uniqueness and Beyond» // Living Rev. Relativity. — 1998. — Т. 1. — № 6.
  2. ↑ Markus Heusler. «Stationary Black Holes: Uniqueness and Beyond» // Living Reviews in Relativity. — 1998. — Т. 1.
  3. ↑ Чёрные дыры: Мембранный подход = Black Holes: The membrane paradigm ‭. — Пер. с англ. — М.: Мир, 1988. — 428 с. — ISBN 5030010513о книге
  4. ↑ Anderson, Warren G. (1996). "The Black Hole Information Loss Problem". Retrieved 2009-03-24. 
  5. ↑ John Preskill (1994) Black holes and information: A crisis in quantum physics
  6. ↑ Daniel Carmody (2008) The Fate of Quantum Information in a Black Hole
  7. ↑ A.Yu.Ignatiev; G.C.Joshi and Kameshwar C.Wali. "Black holes with magnetic charge and quantized mass" (PDF). Research Centre for High Energy Physics, School of Physics, University of Melbourne, Parkville 3052, Victoria, Australia. Retrieved 2009-03-24. 
  8. ↑ "Nonminimal coupling, no-hair theorem and matter cosmologies" (PDF). Retrieved 2009-03-24. 
  9. ↑ Rue-Ron Hsu «The No Hair Theorem?» // CHINESE JOURNAL OF PHYSICS. — 1992-01-09.
  10. ↑ Hinshaw, G. et al. «Five-Year Wilkinson Microwave Anisotropy Probe (WMAP) Observations: Data Processing, Sky Maps, and Basic Results». — 2008.
Источник — https://traditio.wiki/w/index.php?title=Теорема_об_«отсутствии_волос»&oldid=754150