• Artykuły
  • Forum
  • Ciekawostki
  • Encyklopedia
  • Promieniowanie Hawkinga

    Przeczytaj także...
    Zapadanie grawitacyjne (kolaps) – zjawisko kurczenia się skupisk materii pod wpływem siły grawitacji. Jeden z najbardziej powszechnych procesów zachodzących we Wszechświecie w najróżniejszych skalach przestrzennych i czasowych, począwszy od formowania się gromad galaktyk, galaktyk, a skończywszy na narodzinach, ewolucji i śmierci gwiazd. Zapadanie obłoków gazu zachodzi, gdy nie jest możliwe zachowanie równowagi hydrostatycznej, tzn. kiedy ciśnienie całkowite gazu nie jest w stanie zrównoważyć oddziaływań grawitacyjnych. Stan taki osiągany jest przez dowolne skupisko materii, które przekroczy masę krytyczną, zwaną masą Jeansa.Promieniowanie korpuskularne – promieniowanie jonizujące będące strumieniem cząstek. Z uwagi na dualizm korpuskularno-falowy termin ten ma głównie znaczenie historyczne; użyty we współczesnych kontekstach obejmuje jedynie te cząstki, które nie są kwantami promieniowania elektromagnetycznego.
    Grawitacja (ciążenie powszechne) – jedno z czterech oddziaływań podstawowych, będące zjawiskiem naturalnym polegającym na tym, że wszystkie obiekty posiadające masę oddziałują na siebie wzajemnie przyciągając się.

    Promieniowanie Hawkingateoria fizyczna brytyjskiego astrofizyka Stephena Hawkinga opublikowana w 1974 roku, z której wynika, że czarne dziury mogłyby emitować promieniowanie. Jak do tej pory takiej emisji nie udało się potwierdzić obserwacyjnie. Teoria ta łączy w sobie zupełnie różne opisy z zakresu ogólnej teorii względności i mechaniki kwantowej.

    Mechanika kwantowa (teoria kwantów) – teoria praw ruchu obiektów świata mikroskopowego. Poszerza zakres mechaniki na odległości czasoprzestrzenne i energie, dla których przewidywania mechaniki klasycznej nie sprawdzały się. Opisuje przede wszystkim obiekty o bardzo małych masach i rozmiarach - np. atom, cząstki elementarne itp. Jej granicą dla średnich rozmiarów lub średnich energii czy pędów jest mechanika klasyczna.Foton (gr. φως – światło, w dopełniaczu – φοτος, nazwa stworzona przez Gilberta N. Lewisa) jest cząstką elementarną, nie posiadającą ładunku elektrycznego ani momentu magnetycznego, o masie spoczynkowej równej zero (m0 = 0), liczbie spinowej s = 1 (fotony są zatem bozonami). Fotony są nośnikami oddziaływań elektromagnetycznych, a ponieważ wykazują dualizm korpuskularno-falowy, są równocześnie falą elektromagnetyczną.

    Problem czarnych dziur[]

    Hawking, pierwotnie sceptycznie nastawiony do teorii czarnych dziur (Johna Wheelera z 1969), uznając w końcu jej słuszność nastawił się na odnalezienie odpowiedzi na problem fundamentalny: jeżeli nic nie może się z czarnej dziury wydostać, a dokładniej z horyzontu zdarzeń czarnej dziury, to takie grawitacyjne obiekty byłyby wieczne i wraz z czasem coraz potężniejsze, aż wchłonęłyby całą materię we Wszechświecie, a w końcu pochłonęłyby siebie.

    Ergoobszar, zwany też ergosferą – to obszar dookoła wirującej czarnej dziury, znajdujący się na zewnątrz sfery wyznaczonej przez horyzont zdarzeń w rozwiązaniu Kerra, gdzie wartość grawitacji staje się nieskończona. Im szybszy obrót wokół własnej osi, tym dalej znajduje się ergoobszar od horyzontu. Gdy rotacja czarnej dziury znika, wówczas znika również ergosfera i właściwym jest opis Schwarzschilda.Teoria fizyczna – zbiór twierdzeń obejmujący aksjomaty oraz wyprowadzone z nich twierdzenia spójnie opisujące językiem matematycznym obszary rzeczywistości fizycznej zgodne z wynikami pomiarów gromadzonych wcześniej doświadczeń i obserwacji.

    Zakładając, że z każdej ilości materii, nawet najmniejszej, można stworzyć czarną dziurę (poprzez ściśnięcie materii), fizycy doszli do wniosku, iż czarnych dziur w otaczającym nas wszechświecie powinno być wiele więcej. Z obliczeń fizyków (m.in. Hawkinga) wynika, że niestacjonarna (obracająca się wokół własnej osi) czarna dziura musi emitować promieniowanie, co byłoby sprzeczne z jej definicją.

    Marek Demiański (ur. 1939) - polski fizyk i astronom o specjalności astrofizyka relatywistyczna, fizyka teoretyczna i kosmologia.Przyspieszenie grawitacyjne – przyspieszenie ciał wynikające z przyciągania grawitacyjnego. W warunkach spadku swobodnego ciał jest ono po prostu przyspieszeniem ich ruchu. W sytuacji statycznej, np ciała spoczywającego na poziomej powierzchni, przyspieszenie grawitacyjne odpowiada za mierzony ciężar.

    Wyjaśnienie teoretyczne[]

    Sformułowanie praw termodynamiki czarnych dziur jest inne niż termodynamiki klasycznej. Pojęcie entropii związane jest z wielkością powierzchni horyzontu zdarzeń, a zatem również z masą czarnej dziury i zawiera się w drugim prawie. Możliwe jest również określenie wielkości przyspieszenia grawitacyjnego, związanego z masą obiektu, równoznaczne z możliwością wyznaczenia temperatury obiektu.

    Ogólna teoria względności (OTW) – popularna nazwa teorii grawitacji formułowanej przez Alberta Einsteina w latach 1907–1915, a opublikowanej w roku 1916.Zasada nieoznaczoności (zasada nieoznaczoności Heisenberga lub zasada nieokreśloności) − reguła, która mówi, że istnieją takie pary wielkości, których nie da się jednocześnie zmierzyć z dowolną dokładnością. O wielkościach takich mówi się, że nie komutują. Akt pomiaru jednej wielkości wpływa na układ tak, że część informacji o drugiej wielkości jest tracona. Zasada nieoznaczoności nie wynika z niedoskonałości metod ani instrumentów pomiaru, lecz z samej natury rzeczywistości.

    Z faktu, że czarna dziura mogłaby mieć różną od zera temperaturę, wynikałaby następnie możliwość emitowania energii w sposób, w jaki emituje promieniowanie ciało doskonale czarne, czyli poprzez wysyłanie fotonów.

    Ponieważ czarna dziura z założenia nie jest źródłem promieniowania, sprzeczność tę usiłuje się opisywać w kontekście znanych zjawisk kwantowych. Ze sposobu określenia zasady zachowania energii wynika natomiast, że byłoby to możliwe z pominięciem takich efektów, jeżeli powstawałyby równocześnie pary fotonów, jeden we wnętrzu horyzontu, drugi zaś na zewnątrz. Energia byłaby wówczas zachowana.

    Materia – w potocznym znaczeniu: ogół obiektywnie istniejących przedmiotów fizycznych, poznawalnych zmysłami. W fizyce termin "materia" ma kilka znaczeń.Czarna dziura – obszar czasoprzestrzeni, którego, z uwagi na wpływ grawitacji, nic, łącznie ze światłem, nie może opuścić. Zgodnie z ogólną teorią względności, do jej powstania niezbędne jest nagromadzenie dostatecznie dużej masy w odpowiednio małej objętości. Czarną dziurę otacza matematycznie zdefiniowana powierzchnia nazywana horyzontem zdarzeń, która wyznacza granicę bez powrotu. Nazywa się ją "czarną", ponieważ pochłania całkowicie światło trafiające w horyzont, nie odbijając niczego, zupełnie jak ciało doskonale czarne w termodynamice. Mechanika kwantowa przewiduje, że czarne dziury emitują promieniowanie jak ciało doskonale czarne o niezerowej temperaturze. Temperatura ta jest odwrotnie proporcjonalna do masy czarnej dziury, co sprawia, że bardzo trudno je zaobserwować w wypadku czarnych dziur o masie gwiazdowej bądź większych.

    W obszarze pobliskim czarnej dziury, tzw. ergosferze, mogłyby także powstawać z próżni cząstki wirtualne o czasie istnienia określonym przez zasadę nieoznaczoności, uzasadniającą istnienie fluktuacji kwantowych. Jedna z cząstek pary cząstka-antycząstka anihilując wyświecałaby energię z wydajnością określoną przez tempo procesu fizycznego, określonego przez gęstość reagentów w ośrodku. Ze względu na ograniczony zasięg przestrzenny fluktuacji, co wynika z wersji zasady nieoznaczoności, cząstki mogłyby jednak zanikać przed anihilacją nie emitując żadnego promieniowania, gdyby miały być jedynymi leptonami w pobliżu czarnej dziury. Jeśli pary wytworzyłyby się na granicy obszaru, z którego światło nie może się wydostawać (tzw. horyzont zdarzeń czarnej dziury), jedna z cząstek (o sumarycznej energii ujemnej) powinna zostać wciągnięta przez czarną dziurę. Druga cząstka (o sumarycznej energii dodatniej) mogłaby tworzyć składową promieniowania korpuskularnego lub emitować promieniowanie wskutek oddziaływania z ośrodkiem. Taki przepływ ujemnej energii do wnętrza horyzontu zdarzeń miałby zmniejszać masę czarnej dziury.

    Leptony (z gr. leptós - lekki, drobny) − grupa 12 cząstek elementarnych (6 cząstek i 6 antycząstek). Zaliczają się do niej: elektron, mion, taon, neutrino elektronowe, neutrino mionowe, neutrino taonowe oraz odpowiadające im antycząstki: pozyton (antyelektron), antymion, antytaon i antyneutrina. Ostatnim odkrytym leptonem było neutrino taonowe w 2000 roku.Efekty kwantowe, (zjawiska kwantowe) są to efekty specyficznie związane z mechaniką kwantową, zjawiska zachodzące w mikroskali opisywane przez mechanikę kwantową.

    Autor rozważał zatem możliwość zmniejszania się horyzontu czarnej dziury, nie wiadomo jednak dokładnie, emisję jakiego promieniowania korpuskularnego miał na myśli. Hawking opisał kreację cząstek, ale, jak wynika ze streszczenia jego artykułu, miałyby to być fotony i neutrina, a nie inne cząstki elementarne.

    Horyzont zdarzeń − w teorii względności sfera otaczająca czarną dziurę lub tunel czasoprzestrzenny, oddzielająca obserwatora zdarzenia od zdarzeń, o których nie może on nigdy otrzymać żadnych informacji. Innymi słowy, jest to granica w czasoprzestrzeni, po przekroczeniu której prędkość ucieczki dla dowolnego obiektu i fali przekracza prędkość światła. I żaden obiekt, nawet światło emitowane z wnętrza horyzontu, nie jest w stanie opuścić tego obszaru. Wszystko, co przenika przez horyzont zdarzeń od strony obserwatora, znika.Cząstki wirtualne to matematyczna koncepcja w kwantowych teoriach pola - cząstki fizyczne manifestujące swoją obecność poprzez oddziaływania, jednak łamiące zasadę powłoki masy. Wbrew powszechnym przekonaniom, cząstki wirtualne nie naruszają żadnych zasad zachowania.

    Czarna dziura emitując promieniowanie traci masę. Jeśli ten ubytek nie jest równoważony przez masę wpadającą do niej, to promieniowanie staje się coraz silniejsze, co może spowodować nawet całkowite wyparowanie czarnej dziury, przy czym ten proces może być szybki tylko dla czarnych dziur znacznie mniejszych niż powstałe przez kolaps gwiazd.

    DOI (ang. digital object identifier – cyfrowy identyfikator dokumentu elektronicznego) – identyfikator dokumentu elektronicznego, który w odróżnieniu od identyfikatorów URL nie zależy od fizycznej lokalizacji dokumentu, lecz jest do niego na stałe przypisany.Stephen William Hawking (ur. 8 stycznia 1942 w Oksfordzie) – brytyjski astrofizyk, kosmolog, fizyk teoretyk. Hawking cierpi na stwardnienie zanikowe boczne, którego postęp spowodował paraliż większości ciała.

    Przypisy

    1. Marek Demiański: Astrofizyka relatywistyczna. Warszawa: Państwowe Wydawnictwo Naukowe, 1978.
    2. Marek Demiański: Czarne dziury i zapadanie grawitacyjne. [W:] Encyklopedia fizyki współczesnej. PWN, 1983.
    3. James B. Hartle: Grawitacja. Wprowadzenie do ogólnej teorii względności Einsteina. Warszawa: Wydawnictwo Uniwerstytetu Warszawskiego, 2010. ISBN 978-83-235-0476-4.
    4. S. W. Hawking: Particle creation by black holes. [W:] Quantum gravity; Proceedings of the Oxford Symposium. Harwell, Berks., England, February 15, 16, 1974. (A76-11051 01-90) Oxford, Clarendon Press, 1975, strony 219-267.
    5. S.W. Hawking. Black hole explosions?. „Nature”. 248, s. 30-31, 1974-03-01. DOI: 10.1038/248030a0 (ang.). 
    Ciało doskonale czarne – pojęcie stosowane w fizyce dla określenia ciała pochłaniającego całkowicie padające na nie promieniowanie elektromagnetyczne, niezależnie od temperatury tego ciała, kąta padania i widma padającego promieniowania. Współczynnik pochłaniania dla takiego ciała jest równy jedności dla dowolnej długości fali.Cząstka elementarna – w fizyce, cząstka, będąca podstawowym budulcem, czyli najmniejszym i nieposiadającym wewnętrznej struktury. Niemniej pojęcie to ze względów historycznych ma trochę inne znaczenie.



    w oparciu o Wikipedię (licencja GFDL, CC-BY-SA 3.0, autorzy, historia, edycja)

    Warto wiedzieć że... beta

    Neutrino (ν) – cząstka elementarna należąca do leptonów. Jest fermionem – jego spin jest równy 1/2. Ma zerowy ładunek elektryczny. Neutrina występują jako cząstki podstawowe w modelu standardowym. Doświadczenia przeprowadzone w ostatnich latach wskazują, że neutrina mają niewielką, bliską zeru masę spoczynkową. Powstają między innymi w wyniku rozpadu β, np. neutrino elektronowe (νe) powstaje podczas rozpadu 116C:

    Reklama

    Czas generowania strony: 0.044 sek.