Термодинамика чёрных дыр

Материал из Википедии — свободной энциклопедии
Перейти к: навигация, поиск

Термодина́мика чёрных дыр в физике — феноменологический подход к изучению чёрных дыр, основанный на их описании в терминах макроскопического подхода, аналогичного термодинамике. Успешность такого подхода связана с предельной простотой равновесных чёрных дыр, которые обладают малым числом степеней свободы.

Первоначальные идеи относительно применения термодинамики к описанию чёрных дыр были высказаны Бекенштейном в 1973 году[1]. Он перечислил следующий набор свойств чёрных дыр:

  • Поверхностная гравитация одинакова по всей поверхности горизонта событий[2].
  • Площадь горизонта событий черной дыры не может уменьшаться со временем при любом классическом процессе.
  • В любых неравновесных процессах с участием чёрных дыр (например, при их столкновении) площадь поверхности увеличивается.

Эти свойства очень напоминают (и более того, математически эквивалентны) началам термодинамики (существование температуры, связь внутренней энергии с энтропией, и закон возрастания энтропии). То есть весь аппарат термодинамики можно применить к чёрной дыре, если положить, что сила гравитации играет роль температуры, а площадь поверхности горизонта событий пропорциональна энтропии.

Одним из предсказаний данной теории стал вывод о том, что чёрные дыры должны иметь конечную температуру и излучать. Однако этот вывод находится в кажущемся противоречии со свойством чёрной дыры не выпускать ничего из-под своего горизонта событий. Разрешение этого парадокса было дано Стивеном Хокингом[3]. Он показал, что излучение чёрной дыры — названное впоследствии излучением Хокинга — возникает за счёт квантовых эффектов, причём излучённые частицы не выходят из-под горизонта событий, а рождаются вблизи него. Вычисленная Хокингом интенсивность излучения совпала с той, которая ожидалась на основании термодинамического подхода. Это явилось подтверждением того, что термодинамика чёрных дыр действительно имеет реальный физический смысл.

Примечания[править | править исходный текст]

  1. Jacob D. Bekenstein Black Holes and Entropy (англ.) // Phys. Rev. D. — 1973. — Т. 7. — С. 2333—2346.
  2. И. Д. Новиков, В. П. Фролов. § 11.2. Поверхностная гравитация. Массовая формула // Физика черных дыр. — М.: Наука, 1986. — С. 254. — 328 с.
  3. S. W. Hawking Particle creation by black holes (англ.) // Comm. in Math. Phys. — 1975. — Т. 43. — С. 199—220.

Ссылки[править | править исходный текст]