Новости науки 14.02.01 Фазовые переходы пространства-времени и спонтанное рождение черных дыр

Фундаментальная физика, пытаясь объяснить структуру пространства-времени на планковских расстояниях, часто использует наглядный образ "пространственно-временной пены". То есть, пространство-время, воспринимаемое нами как плоское, на таких расстояниях флуктуирует, "дрожит". Однако такая картина, к сожалению, не имеет под собой количественных обоснований, точных расчетов, и теоретики этот недостаток вполне осознают.

Понятно, что детальное описание этой пространственно-временной пены будет возможно лишь в рамках несуществующей пока квантовой теории гравитации. Это, однако, не означает, что до тех пор ничего нельзя будет сделать.

Одним из явлений, непосредственно связанных со структурой пространства-времени на малых расстояниях, является процесс спонтанного рождения микроскопических черных дыр. Суть эффекта заключается в следующем. Флуктуируя, пространство-время может породить и микроскопическую черную дыру. Как известно, черные дыры излучают за счет механизма Хокинга, причем чем меньше размер черной дыры, тем выше ее температура, а значит и тем быстрее она испаряется. Поэтому при разумных плотностях энергии макроскопически плоский вакуум стабилен относительно порождения черных дыр.

Если же концентрация энергии достигнет критического значения, то родившаяся микроскопическая черная дыра не успеет испариться: окружающее пространство заставит ее поглотить большую мощность, чем она излучает. В результате черная дыра начинает расти. Поскольку рост ее сопровождается понижением температуры, то очень быстро черная дыра выходит из состояния термического равновесия с окружающим пространством и вырастает до макроскопических размеров. Итак, при больших плотностях энергии плоское пространство распадается на черные дыры. Это и есть упомянутый фазовый переход пространства-времени.

Задача об этом переходе с одной стороны очень сложна - ведь речь идет о нелинейных уравнениях общей теории относительности. С другой стороны, она все-таки по силам современной физике: ведь здесь можно попытаться ограничиться квазиклассическим описанием, не привлекая полную квантовую теорию гравитации. Кроме того, если речь зашла о фазовых переходах, можно на полную мощь использовать все достижения статистической физики и термодинамики. Неслучайно в последнее время приходит понимание того, что квантовая теория гравитации лежит ближе к физике конденсированных сред, чем к физике элементарных частиц. В целом же, это очень достойная и интересная задача, которая, возможно, даст нам некоторое понимание того, как устроен наш мир на планковском масштабе.

перейти к началу страницы