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]

Ошибка Lua в Модуль:Родственные_проекты на строке 23: attempt to index field 'wikibase' (a nil value).

  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 / Под ред. К. Торна, Р. Прайса и Д. Макдональда. — Пер. с англ. — М.: Мир, 1988. — 428 с. — ISBN 5030010513.
  4. ↑ Anderson, Warren G. (1996). "The Black Hole Information Loss Problem". Дата обращения: 24 марта 2009.
  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. ↑ Ошибка Lua в Модуль:Citation/CS1 на строке 4511: bad argument #1 to 'pairs' (table expected, got nil).
  8. ↑ "Nonminimal coupling, no-hair theorem and matter cosmologies" (PDF). Дата обращения: 24 марта 2009.
  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