Які закони формують Всесвіт з усім його вмістом? Відповідь, яку дають практично всі успішні фізичні теорії від часів Галілея, полягає в побудові динаміки, тобто опису того, як із плином часу розвиватиметься фізична система, стан якої задано в певний момент. Ці теорії нічого не говорять нам про те, яким є наш світ; натомість вони стверджують: «Якщо світ був таким у певний момент часу, то в якийсь пізніший момент він виглядатиме ось так». Подібна теорія нічого не скаже нам про будову світу, якщо ми не повідомимо їй, яким він був раніше.
читатиСеред великого розмаїття небесних тіл особливе місце посідає клас об’єктів, які називають чорними дірами (ЧД). Їхнє поле тяжіння настільки велике, що жодна частинка, зокрема частинка (квант) світла, не може вирватися зсередини такого об’єкта й піти на нескінченність. Тому його поверхня діє як своєрідний клапан, що пропускає речовину лише в один бік — усередину ЧД (звідси й ця назва: речовина падає в ЧД як у діру, а світло з неї вийти не може). Ця унікальна властивість чорних дір прямо веде до унікального факту — зовнішньому спостерігачеві такий об’єкт видається гарячим тілом, що є джерелом теплового випромінювання. Цю та інші теплові властивості чорних дір описує спеціальна теорія — термодинаміка чорних дір.
читатиДозвольте мені почати зі старого перського переказу. Одного разу метелики організували літню школу, присвячену великій таємниці полум’я. Обговорювалися різні моделі, але ніхто не міг переконливо пояснити загадку. Тоді один сміливий метелик зголосився на власному досвіді з’ясувати, що ж таке вогонь. Він полетів до найближчого замку, наблизився до вікна й побачив запалену свічку. Він повернувся схвильований і розповів про те, що бачив. Але мудрий метелик, який головував на конференції, сказав, що інформації не стало більше, ніж було раніше.
читатиФізики невдовзі зможуть створювати чорні діри в лабораторії. Відтоді як майже 80 років тому винайшли прискорювачі елементарних частинок, їх використовували для розв'язання таких завдань, як руйнування атомів, перетворення елементів, створення антиречовини та частинок, раніше не спостережуваних у природі. Але, можливо, невдовзі дослідники зможуть формувати найтаємничіші об'єкти Всесвіту – чорні діри.
читатиВідкриття Гокінгом теплового випромінювання чорної діри було для більшості фахівців цілковитою несподіванкою, хоча на момент цього відкриття вже існувало досить багато міркувань, які свідчили про тісне переплетення фізики чорних дір і термодинаміки.
Вілер, мабуть, першим звернув увагу на те, що в межах класичної теорії тяжіння вже сам факт існування чорної діри суперечить закону зростання ентропії. Справді, уявімо, що чорна діра поглинає гаряче тіло, яке має певний запас ентропії. Тоді зовнішній спостерігач бачить зменшення повної ентропії в частині світу, доступній для його спостереження. Суто формально цього зменшення ентропії можна було б уникнути, якби просто приписати ентропію, пов'язану з тілом, що впало, внутрішній області чорної діри. Однак цей вихід явно незадовільний, оскільки будь-які спроби зовнішнього спостерігача визначити значення ентропії, поглинутої чорною дірою разом із гарячим тілом, приречені на невдачу. Крім того, стан речовини, що падає на чорну діру, міг задаватися безліччю мікроскопічних параметрів, а після падіння, згідно з теоремою про відсутність волосся у чорної діри, має описуватися лише трьома: масою, моментом імпульсу та електричним зарядом. Через короткий час після цього процесу чорна діра стає стаціонарною і внаслідок ефекту випадіння волосся повністю забуває такі деталі, як будова тіла, що впало, та його ентропія.
Цей огляд є продовженням
читати