<<
>>

3.4. О черных дырах и их "метаболическом" поведении

Итак, мы проследили стадии превращения (в процессе гравитационного коллапса) обычного тела в черную дыру (ЧД). Иными словами, ЧД возникают в результате коллапса материи под действием сил тяготения. Возникшая таким образом область пространства причинно не связана со своим окружением, т.к. никакая массивная частица и никакой сигнал не могут выйти за ее пределы и перенести информацию о ее природе и состоянии.

Что же происходит после этого с ЧД? А вот что - они поглощают объекты своего окружения и необратимо расширяются именно вследствие и по мере этого. Такое поведение подобных астрофизических объектов невольно вызывает ассоциацию с поведением живых существ и их популяций, осуществляющих метаболический обмен с окружающей средой.

Но для живых существ и популяций (вообще для каждой эволюционирующей системы) можно ввести характерную единицу времени, которая позволяет разумным образом выразить "возраст" системы. Например, в эмбриологии - это интервал между двумя последовательными делениями клетки, в экологии, генетике и этнографии - это время между сменами поколений. В своих работах А.П. Левич (см. [Левич, 1989, 2003, 2004]) для каждого произвольного эволюционирующего объекта предложил ввести некоторое абстрактное время в качестве линейной меры его изменчивости, в том или ином варианте принять его равным количеству

3. О черных дырах, метаболическом времени и линейном расширении Вселенной 41

меняющихся элементов. Время, измеряемое по "часам" той или иной динамической системы, Левич предлагает именовать "параметрическим" и понимать его как индикатор при отображении процесса изменчивости в линейно упорядоченное, метризованное множество. Он указывает, что любые изменяющиеся системы потребляют некоторый ресурс. Этот ресурс характеризуется набором числовых характеристик системы, которые: 1) с необходимостью сопровождают изменчивость системы; 2) растут монотонно с изменением системного времени и, тем самым, 3) могут служить для параметризации изменений. Количество "потребленного" ресурса и определяет так называемое "метаболическое время" системы. Все эти идеи оказываются вполне применимыми и к ЧД, если под характерным ресурсом понимать ее массу.

Большинство физиков стали принимать черные дыры всерьез лишь в конце 60-х годов. Оказалось, что черная дыра в некотором смысле допускает очень простое описание: оно определяется (подобно описанию элементарной частицы) всего тремя (!) степенями свободы -массой, моментом вращения и электрическим зарядом. Впервые математическое описание статичной невращающейся черной дыры дал Карл Шварцшильд в 1916 году. Затем в 1916 -1918 г. г. Ханс Райсснер и Гуннар Нордстрём получили решение, учитывающее наличие у неврашающейся ЧД электрического заряда. Далее, в 1963 году Рой Керр нашел стационарное осесимметрическое решение для вращающейся ЧД, но без заряда. И наконец, к 1965 г. было получено наиболее полное решение Керра - Ньюмена, учитывающее все три фактора. Сейчас астрофизики выделяют три основных типа черных дыр: первичные ЧД (возникшие в момент рождения Вселенной), ЧД звездной массы (до десятков солнечных масс) и сверхмассивные черные дыры (СМЧД) в центрах галактик с массой в миллионы солнечных масс.

Вернемся к концепции эволюции на основе метаболизма. Итак, черные дыры возникают и эволюционируют, поглощая материю и энергию из внешней среды. В своей работе Ли Смолин (см. [Smolin, 1994]) ее автор напоминает гипотезу Дж. Уилера о том, что каждая ЧД - это новая расширяющаяся вселенная, подобная нашей, причем каждый вновь родившийся экземпляр Вселенной может немного отличаться от "родителя" значениями фундаментальных физических констант. Смолин относит к их числу массы протона, нейтрона, электрона и нейтрино, а также константы связи слабых, сильных и электромагнитных взаимодействий.

Делая ряд правдоподобных допущений, Смолин на примере конкретных процессов эволюции звезд в спиральных галактиках анализирует, как вариации этих констант могут повлиять на "численность потомства" ЧД (по его оценке, в нашей Вселенной рождается сотни черных дыр в секунду). Оказывается, что подобного рода спонтанные малые вариации должны в общем случае приводить к уменьшению числа рождающихся ЧД. Таким образом, возникает некий механизм эволюции, стабилизирующий параметры фундаментальных физических законов во Вселенной: он обеспечивает максимум производства черных ЧД. Считаю важным добавить, что ЧД - это объекты с максимальной энтропией, поэтому максимум их производства соответствует максимальному темпу роста энтропии во Вселенной. С другой стороны, в моей недавней работе было показано, что "энтропийные" свойства ЧД, отражаемые обобщенным вторым началом термодинамики Бекенштейна и так называемым "голографическим пределом" для энтропии системы, являются продолжением свойств обычного гравитирующего тела ([Шульман, 20106])

Интересно также отметить, что различные дочерние черные дыры возникают в разные моменты времени и растут с различной скоростью. Гипотетически возможно, что некоторые из этих дыр могут расширяться столь стремительно, что в конечном счете могут поглотить всю материнскую вселенную.

3.5. Свойства черных дыр: взгляд внешнего наблюдателя

Практическую космологию интересует, прежде всего, описание ЧД с точки зрения внешнего наблюдателя. В 70-х годах 20-века был предложен новый для теории черных дыр "мембранный" подход. В соответствии с ним горизонт событий (граничная поверхность) ЧД выглядит для внешнего наблюдателя как двумерная физическая мембрана из вязкой жидкости

42 3.0 черных дырах, метаболическом времени и линейном расширении Вселенной

с определенными механическими, электрическими и термодинамическими свойствами, пишут авторы статьи [Новиков, Фролов, 2001].

Площадь горизонта событий в общем случае математически выражается всего через три независимых параметра: массу, заряд и момент вращения черной дыры. Поэтому можно выразить малое приращение массы в виде суммы трех слагаемых, обусловленных приращениями площади горизонта, углового момента и заряда. В этом соотношении, по форме аналогичном первому началу термодинамики, особый интерес представляет первое слагаемое, т.е. частное приращение

5М = (0/8TI) 5A,

где 8А - приращение площади горизонта событий, 9 - поверхностный гравитационный заряд ЧД. Это слагаемое можно сопоставить "тепловому" слагаемому 8Q = T8S в обычной форме первого начала, где Т - температура, a 8S - приращение энтропии обычного объекта . Оказывается, что площадь А горизонта событий (неквантовой) ЧД обладает тем же свойством, что и энтропия S - она никогда не уменьшается в процессе эволюции, в том числе - при слиянии нескольких ЧД (теорема Хокинга) . Таким образом, эволюция ЧД носит в общем случае необратимый характер, т.е. доля внутренней энергии, которую нельзя из нее извлечь, возрастает со временем. Более того, возрастает (или не убывает) со временем и суммарная энтропия ЧД и ее окружения (обобщенный второй закон термодинамики Бекенштейна).

С другой стороны, множитель перед 8А, пропорциональный поверхностному гравитационному заряду, играет роль эффективной температуры Т. Последняя характеризует процесс "теплового" излучения ЧД вследствие квантовых эффектов вблизи горизонта событий. Эта температура оказывается обратно пропорциональной массе ЧД, поэтому они (как звезды и другие сильно гравитирующие объекты) обладают отрицательной теплоемкостью.

<< | >>
Источник: М. X. Шульман. ПАРАДОКСЫ, ЛОГИКА И ФИЗИЧЕСКАЯ ПРИРОДА ВРЕМЕНИ Москва 2006-2011. 2011

Скачать готовые ответы к экзамену, шпаргалки и другие учебные материалы в формате Word Вы можете в основной библиотеке Sci.House

Воспользуйтесь формой поиска

3.4. О черных дырах и их "метаболическом" поведении

релевантные научные источники:
  • Психологические аспекты изучения мотивации агрессивного поведения женщин, осужденных к лишению свободы
    Казакова Елена Николаевна | Диссертация на соискание ученой степени кандидата психологических наук. Рязань - 1999 | Диссертация | 1999 | Россия | docx/pdf | 5.14 Мб
    Специальность: 19.00.06. - юридическая психология. В контексте социальных реформ, направленных на оздоровление и гуманизацию нашего общества, проблема изучения агрессивных тенденций в области
  • Метаболический синдром (синдром Х). Этиология, патогенез, исходы. Лекция
    Билибин Д.П. | | Лекция | 2017 | docx | 0.59 Мб
    Метаболический синдром (синдром Х). Этиология, патогенез,
  • Поведение потребителей
    | Ответы к зачету/экзамену | 2017 | Россия | docx | 0.08 Мб
    «Поведение потребителей» в комплексе маркетинга Классификация моделей поведения потребителей Внутренние факторы, характеризующие личность потребителя: теории личности, характер, темперамент, тип
  • Психологические факторы поведения потребителей. Лекция
    | Лекция | | Россия | docx | 0.08 Мб
    Психологические факторы поведения потребителей ПРОЦЕСС ОБРАБОТКИ ИНФОРМАЦИИ ПРОЦЕСС ОБУЧЕНИЯ ПОТРЕБИТЕЛЕЙ ПОЗНАВАТЕЛЬНЫЕ МЕТОДЫ ОБУЧЕНИЯ БИХЕВИОРИСТСКИЕ МЕТОДЫ ОБУЧЕНИЯ ПОНЯТИЕ МОТИВАЦИИ Теории
  • Поведение потребителей
    | Ответы к зачету/экзамену | 2017 | Россия | docx | 0.08 Мб
    Определение понятий «потребление», «потребитель», «потребительское пове­дение». Маркетинговая стратегия как современный подход к работе с потребителем. Факторы внешнего влияния на поведение
  • Организационное поведение
    | Ответы к зачету/экзамену | 2017 | Россия | docx | 0.47 Мб
    Этапы развития организационного поведения Предмет и задачи организационного поведения Методы исследования Основные категории организационного поведения Понятие личность Теории личности Необходимые
  • Организационное поведение
    | Ответы к зачету/экзамену | 2017 | Россия | docx | 0.12 Мб
    1. ПРЕДМЕТ И МЕТОДЫ ИССЛЕДОВАНИЯ ОРГАНИЗАЦИОННОГО ПОВЕДЕНИЯ 2. ВЛИЯНИЕ ЛИЧНОСТИ НА ОП 3. ПРИРОДА ОРГАНИЗАЦИЙ 4. ОСНОВНЫЕ ПОДХОДЫ ОП 5. СИСТЕМА ОП 6. ПРИНЦИПЫ ПОСТРОЕНИЯ СИСТЕМЫ ОП 7. ПОВЕДЕНИЕ КАК
  • Ответы на вопросы по дисциплине Организационное поведение
    | Ответы к зачету/экзамену | 2017 | Россия | docx | 0.28 Мб
    Вопрос 1: Теории поведения человека в организации. Вопрос №2: Почему следует изучать поведение в организации? Вопрос №3: Функции менеджера. Вопрос №: 4Роли менеджера. Вопрос №5: Мастерство
  • Организационное поведение. Ответы на вопросы
    | Ответы к зачету/экзамену | 2017 | Россия | docx | 0.31 Мб
    26 Теория атрибуции 34 Организационная структура 38. Определение организационной культуры 38.37 Организационная культура и климат: взаимозависимость и влияние на эффективность работы компании.
  • Ответы на вопросы по организационному поведению
    | Ответы к зачету/экзамену | 2017 | Россия | docx | 0.15 Мб
    Классическая теория управления об управлении поведением работника Концепция человеческих отношений Мэйо ПОДДЕРЖИВАЮЩАЯ МОДЕЛЬ ОРГАНИЗАЦИОННОГО ПОВЕДЕНИЯ Принципы управления организационным поведением