Когда частицы, составляющие черную дыру, коллапсируют, они становятся прочно связанными. Я предполагаю, что это означает, что для освобождения частицы из этого связанного состояния потребуется много энергии. Это конечная сумма или нет?
Частицы могут быть в состоянии покинуть черную дыру посредством квантового туннелирования, вероятность того, что частица, столкнувшаяся с энергетическим барьером, у нее недостаточно энергии для преодоления, тем не менее преодолевает, по сути, туннелируя через барьер. Это квантово-механический эффект, который зависит от функции вероятности частицы, простирающейся через горизонт событий черной дыры, что дает ей некоторый шанс, пусть и небольшой, появиться за пределами черной дыры. Поскольку барьер не может быть преодолен в классическом смысле, насколько мне известно, не существует ни малого, ни большого количества энергии, которое можно было бы измерить.
Однако излучение Хокинга, представляющее собой испускание частиц, косвенно вызванное гравитацией черной дыры, имеет теоретическую температуру и теоретически может быть измерено. Некоторые исследователи смоделировали излучение Хокинга как форму квантового туннелирования, когда пара частица/античастица формируется внутри горизонта событий, а одна из них туннелирует наружу. Другое объяснение гласит, что пара появляется за пределами горизонта событий из-за флуктуаций вакуума, и один падает в черную дыру с гипотетической отрицательной энергией (экзотическая форма энергии, которая существует в теории), а другой убегает с положительной энергией. Оба объяснения требуют, чтобы черная дыра потеряла часть своей массы.
Если излучение Хокинга является формой квантового туннелирования, то, предположительно, его температура может быть мерой энергии, необходимой для отделения массы от черной дыры (или мерой самой отделенной массы/энергии). Этот вид излучения происходит очень медленно, и его будет трудно измерить, хотя в этой статье утверждается, что в ходе эксперимента удалось количественно определить тепловой спектр излучения Хокинга: http://link.springer.com/article/10.1007%2Fs10701-014 . -9778-0#страница-1
Возможно, единственный способ извлечь массу из невращающейся черной дыры — это квантово-механические процессы. Если вы ограничитесь релятивистскими и классическими процессами, независимо от того, сколько энергии вы направите на черную дыру, никакая масса не ускользнет. Скорее, такая энергия увеличивает массу невращающейся черной дыры. Таким образом, обычная энергия может не помочь. Для этого требуется либо квантовое туннелирование, либо экзотическая отрицательная энергия.
Процесс Пенроуза предполагает, что масса/энергия в форме импульса может быть извлечена из вращающейся черной дыры, поскольку энергия вращения черной дыры находится за пределами горизонта событий в области, называемой эргосферой. Объект, входящий в эргосферу, увлекается вращающимся пространством-временем и разделяется на две части, причем одна часть падает за горизонт событий, а другая ускользает с некоторой частью вращательного импульса черной дыры. В конце концов, этот процесс истощит весь вращательный момент, и черная дыра перестанет вращаться, хотя и останется черной дырой с радиусом Шварцшильда. Вот ссылка на статью, которая кажется хорошим объяснением термодинамических процессов, как классических, так и квантовых, которые участвуют в формировании и теоретическом испарении черных дыр:http://www.physics.umd.edu/grt/taj/776b/lectures.pdf
Насколько мне известно, никакое значение в наблюдаемой физической вселенной не бесконечно, но мы не знаем:
Бесконечна ли сама вселенная или нет
Мы не знаем, что находится внутри черной дыры, поэтому я не думаю, что есть определенный ответ на ваш вопрос.
Это сложный вопрос, который открывает много возможностей для дальнейшего обсуждения. Я не уверен, что на поставленный вами вопрос есть ответ, который будет вам полезен, поэтому я отвечу на связанный с этим вопрос, который может удовлетворить ваше любопытство: «При каких обстоятельствах возможно удалить энергию из черной дыры? "
Помните, все есть энергия, так что это включает в себя ваш вопрос «насколько сложно высвободить частицы из черной дыры?» На ваш первоначальный вопрос трудно ответить, потому что мы понятия не имеем, что происходит с частицами, когда они падают в черную дыру. Они вполне могут исчезнуть навсегда.
На самом деле, техническое определение черной дыры — это область пространства-времени, из которой ничто не может выбраться (вроде — это не полное определение, но на данный момент его достаточно). Итак, наивный ответ на ваш вопрос заключается в том, что «энергия связи» «бесконечна», поскольку ничто никогда не может вырваться из черной дыры.
Но это техническое определение, и оно не соответствует тому, что вы интуитивно считаете черной дырой. То, что вы считаете черной дырой, можно было бы проще описать как сингулярность кривизны — область пространства-времени, где кривизна становится бесконечной (на самом деле это только один вид сингулярности, но пока достаточно — дело в том, что если сгусток массы схлопывается в одну точку, как это происходит при образовании того, что вы считаете «черной дырой», образуется сингулярность кривизны).
К счастью, в общей теории относительности есть главная теорема, связывающая сингулярности и черные дыры. К сожалению, эта теорема не доказана (но есть ОЧЕНЬ веские основания полагать, что она верна). Этот принцип известен как гипотеза космической цензуры . Грубо говоря, гипотеза Космической Цензуры утверждает, что «все сингулярности содержатся внутри черных дыр» — то есть, если искривление пространства становится слишком сильным (как это было бы, когда большое количество материи коллапсирует в крошечное пространство), все, что приходит достаточно близко к нему никогда не сможет убежать.
Если Космическая Цензура верна, то относительно легко доказать теорему об увеличении площади , также известную как второй закон механики черных дыр. В нем говорится, что площадь горизонта событий черной дыры может только увеличиваться — из этого следует, что черная дыра никогда не может быть уничтожена классическими процессами. Это относится к вашему первоначальному вопросу - вы можете подумать об уничтожении черной дыры, накачав достаточно энергии, чтобы «развязать» все частицы внутри, но теорема об увеличении площади говорит, что это невозможно.
Однако есть два основных способа извлечения вещей из черной дыры, и сейчас я кратко их опишу.
Процесс Пенроуза позволяет извлекать некоторую энергию из вращающейся черной дыры. Можно выстрелить в частицу с «отрицательной энергией» и, таким образом, получить часть энергии из черной дыры. Таким образом можно извлечь до ~20% всей массы-энергии черной дыры. Мы не извлекаем частицы из черной дыры как таковые, но мы забираем часть их энергии обратно. Это не нарушает космическую цензуру.
В излучении Хокинга все черные дыры подвергаются квантовым флуктуациям вблизи горизонта событий, что приводит к постоянному устойчивому внешнему потоку излучения. В течение многих миллиардов лет это может привести к тому, что черная дыра испарится. Как это обстоит с космической цензурой, сложно — космическая цензура — это классическая теория, не принимающая во внимание квантовые эффекты.
Дайте мне знать, если есть что-то, что вы хотели бы, чтобы я разъяснил!
пользователь81619
Алекс