Promieniowanie Hawkinga

Z Wikipedii, wolnej encyklopedii
Przejdź do nawigacji Przejdź do wyszukiwania

Promieniowanie Hawkinga – hipotetyczne promieniowanie cieplne emitowane przez czarne dziury. Nazwa promieniowania pochodzi od nazwiska twórcy brytyjskiego astrofizyka Stephena Hawkinga, który opublikował teorię tego promieniowania w 1974 roku. Jak do tej pory takiej emisji nie udało się zaobserwować. Teoria ta łączy w sobie zupełnie różne opisy z zakresu ogólnej teorii względności i mechaniki kwantowej.

Anihilacja (z łac. annihilatio – unicestwienie, od nihil – nic) – proces prowadzący do całkowitej destrukcji materii posiadającej masę. W fizyce anihilacją nazywamy oddziaływanie cząstki z odpowiadającą jej antycząstką, podczas którego cząstka i antycząstka zostają zamienione na fotony (zasada zachowania pędu nie dopuszcza możliwości powstania jednego fotonu – zawsze powstają co najmniej dwa) o sumarycznej energii równoważnej masom cząstki i antycząstki, zgodnie ze wzorem Einsteina: E=mc² (zobacz: Szczególna teoria względności). 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.

Problem czarnych dziur[ | edytuj kod]

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.

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.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.

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 o 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.Efekty kwantowe, (zjawiska kwantowe) są to efekty specyficznie związane z mechaniką kwantową, zjawiska zachodzące w mikroskali opisywane przez mechanikę kwantową.

Wyjaśnienie teoretyczne[ | edytuj kod]

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.

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.Stała grawitacji (oznaczenie: G lub γ) – stała fizyczna służąca do opisu pola grawitacyjnego. Jako pierwszy wyznaczył ją Henry Cavendish. Obecnie używana wartość została opublikowana w 2002 roku przez Komitet Danych dla Nauki i Techniki (CODATA) i wynosi:

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.

Hipoteza (gr. hypóthesis – przypuszczenie) – osąd, który podlega weryfikacji lub falsyfikacji. Zdanie, które stwierdza spodziewaną relację między jakimiś zjawiskami, propozycja twierdzenia naukowego, które zakłada możliwą lub oczekiwaną w danym kontekście sytuacyjnym naturę związku.Ogólna teoria względności (OTW) – popularna nazwa teorii grawitacji formułowanej przez Alberta Einsteina w latach 1907–1915, a opublikowanej w roku 1916.

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.

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.Materia – w potocznym znaczeniu: ogół obiektywnie istniejących przedmiotów fizycznych, poznawalnych zmysłami. W fizyce termin "materia" ma kilka znaczeń.

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.

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.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.

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.

Stała Plancka (oznaczana przez h) jest jedną z podstawowych stałych fizycznych. Ma wymiar działania, pojawia się w większości równań mechaniki kwantowej.Efekt Unruha-Daviesa – w relatywistycznej elektrodynamice kwantowej i ogólnej teorii względności efekt polegający na tym, że obserwator poruszający się z przyspieszeniem liniowym lub dośrodkowym widzi elektromagnetyczną próżnię kwantową jako przestrzeń wypełnioną promieniowaniem cieplnym w równowadze termodynamicznej.

W układzie SI, promieniowanie czarnej dziury o promieniu Schwarzschilda jest promieniowaniem ciała doskonale czarnego o temperaturze

gdzie jest zredukowaną stałą Plancka, jest prędkością światła, jest stałą Boltzmanna, jest stałą grawitacji, jest masą czarnej dziury o średnicy gdzie a oznaczają długość i temperaturę Plancka.

Biblioteka Narodowa Francji (fr. Bibliothèque nationale de France, BnF) – francuska biblioteka narodowa, znajdująca się w Paryżu. Przewidziana jest jako repozytorium dla wszystkich materiałów bibliotecznych, wydawanych we Francji. Obecnym dyrektorem Biblioteki jest Bruno Racine.Store Norske leksikon (Wielka encyklopedia norweska) - norweska encyklopedia w języku bokmål. Powstała po fuzji dwóch dużych, tworzących encyklopedie i słowniki wydawnictw norweskich Aschehoug i Gyldendal w 1978 roku, które utworzyły wydawnictwo Kunnskapsforlaget. Były cztery wydania papierowe: pierwsza w latach 1978-1981 w 12 tomach, druga w latach 1986-1989 w 15 tomach, trzecia w latach 1995-1999 w 16 tomach i czwarta w latach 2005-2007 w 16 tomach. Ostatnie wydanie zawierało 150 tys. haseł i 16 tys. ilustracji i zostało opublikowana przy wsparciu finansowym stowarzyszenia Fritt Ord. W 2010 roku ogłoszono, że nie będzie już wydań papierowych encyklopedii. Encyklopedia dostępna jest on-line od 2000 roku, a od 2009 roku może być edytowane przez użytkowników. Kunnskapsforlaget korzysta jednak z pomocy ekspertów przy sprawdzaniu treści zamieszczonych przez czytelników.

Wartość tej temperatury można uzyskać z zasady równoważnosci mówiącej że siły bezwładności i siły grawitacyjne są geometrycznie równoważne jako temperaturę Unruha w układzie nieinercjalnym poruszającym się ze stałym przyspieszeniem równym przyspieszeniu grawitacyjnemu w odległości od środka czarnej dziury równej promieniowi Schwarzschilda, tzn. na jej horyzoncie zdarzeń rozważając powierzchnię czarnej dziury jako układ silnie przyśpieszany, tzn. poruszający się z przyspieszeniem

Promieniowanie cieplne (termiczne, temperaturowe) – promieniowanie elektromagnetyczne generowane przez cząstki naładowane elektrycznie w wyniku ich ruchu termicznego w materii. Cała materia o temperaturze większej od zera bezwzględnego emituje promieniowanie cieplne.Ogólna teoria względności (OTW) – popularna nazwa teorii grawitacji formułowanej przez Alberta Einsteina w latach 1907–1915, a opublikowanej w roku 1916.

Przypisy[ | edytuj kod]

  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 Uniwersytetu 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.). 
W fizyce i astronomii, zwłaszcza w teorii grawitacji – ogólnej teorii względności promień Schwarzschilda jest charakterystycznym promieniem stowarzyszonym z każdą masą. Wzór podał Karl Schwarzschild w roku 1916 - był to jeden z rezultatów jego badań i prób wyprowadzenia dokładnego rozwiązania równań pola grawitacyjnego na zewnątrz statycznej, sferycznie symetrycznej gwiazdy (zobacz: Metryka Schwarzschilda, która jest rozwiązaniem równań pola Einsteina). Promień Schwarzschilda jest proporcjonalny do masy. Promień Schwarzschilda zwany jest też czasami promieniem grawitacyjnym, choć najczęściej jako promień grawitacyjny określa się wielkość dwukrotnie mniejszą, mającą zastosowanie przy opisie rotujących (pozbawionych sferycznej symetrii) czarnych dziur opisywanych metryką Kerra, na przykład dla Słońca promień Schwarzschilda wynosi 2953 m..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.




Warto wiedzieć że... beta

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.
Stała Boltzmanna – stała fizyczna pojawiająca się w równaniach określających rozkłady energii cząsteczek. Oznaczana jest symbolem k lub kB i związana jest równaniem
SUDOC (fr. Système Universitaire de Documentation, pol. Uniwersytecki System Dokumentacji) – centralny katalog informacji bibliograficznej francuskiego szkolnictwa wyższego.
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.
Kontrola autorytatywna – w terminologii bibliotekoznawczej określenie procedur zapewniających utrzymanie w sposób konsekwentny haseł (nazw, ujednoliconych tytułów, tytułów serii i haseł przedmiotowych) w katalogach bibliotecznych przez zastosowanie wykazu autorytatywnego zwanego kartoteką wzorcową.
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.
Gemeinsame Normdatei (GND) – kartoteka wzorcowa, stanowiąca element centralnego katalogu Niemieckiej Biblioteki Narodowej (DNB), utrzymywanego wspólnie przez niemieckie i austriackie sieci biblioteczne.

Reklama