Черные дыры и складки времени. Дерзкое наследие Эйнштейна - Кип Торн
Шрифт:
Интервал:
Закладка:
84
В конце 1980-х годов стало ясно, что благодаря законам квантовой механики появляются дополнительные сохраняющиеся величины, связанные с «квантовыми полями» (эти поля будут обсуждаться в главе 12). К этим величинам относятся: масса черной дыры, ее вращение и электрический заряд. Эти величины не будут исчезать в результате излучения и образуют своеобразный «квантовый волосяной покров» при рождении черной дыры. Эти квантовые волосы могут сильно влиять на окончательную судьбу микроскопической, испаряющейся черной дыры (глава 12), но не влияют на макроскопические дыры (масса которых больше массы Солнца), поскольку квантовая механика не сказывается на макроскопических масштабах.
85
Соображения К.Торна сейчас (в 2006 г.) даже более актуальны, чем они было в 1993-м! [Прим. ред.]
86
Важная математическая часть доказательства стабильности была независимо предоставлена Стивеном Детвейлером и Джеймсом Ипсером из Чикаго, а недостающая часть — годом позже Джеймсом Хартлом и Дэном Уилкинсом из Калифорнийского университета в Санта Барбаре.
87
Моим выигрышем была подписка на «Плейбой», однако под давлением матери и сестры я вынужден был заменить ее на подписку на «Лисенер».
88
Рентген назвал свои лучи Х-лучами, как они и сейчас называются на многих языках. [Прим, пер.]
89
Стивен Хокинг, один из величайших ученых современности, почти полностью парализован и передвигается в кресле-каталке. [Прим, пер.]
90
Глава 7. Волосы электрического поля заряженной черной дыры, очевидно, располагаются вокруг оси вращения, и потому не могут образовать сосредоточенный луч.
91
Под светом в этой книге я всегда подразумеваю электромагнитные волны, которые видит глаз человека, т. е. оптическое излучение.
92
См. рис. 7.3. Все же Гинзбург больше всего известен не этими открытиями, а благодаря разработанной им вместе с Львом Ландау «теории сверхпроводимости Гинзбурга — Ландау» (т. е. объяснения того, как некоторые металлы при очень сильном охлаждении полностью теряют сопротивление электрическому току). Гинзбург является в мире представителем малого числа настоящих «ренессансных физиков», человеком, который внес существенный вклад почти во все области теоретической физики
93
Магнитные поля постоянно образовывались в течение всего срока существования Вселенной в результате движения звездного и межзвездного газа, а избавиться от них после возникновения чрезвычайно трудно. Когда межзвездный газ аккумулируется в аккреционном диске, он приносит с собой и магнитные поля.
94
Слово «квазар» является сокращением от «quasi-stellar» — квазизвезда.
95
Коэффициент 1/30 получается из детальных расчетов на основании уравнения поля Эйнштейна. Он включает множитель 1/(2π), который примерно равен 1/6, для преобразования окружности в радиус и дополнительный множитель 1/5, следующий из особенностей уравнения поля.
96
Доктор философии — аналог нашей ученой степени кандидат наук. [Прим. ред.]
97
В действительности эти лазеры давали сверхвысокочастотное излучение (коротко-волновые радиоволны), а не свет и назывались поэтому не «лазеры», а «мазеры». «Настоящие» лазеры, которые излучают свет, будут успешно сконструированы несколькими годами позже.
98
Округ Колумбия, США. [Прим. ред.]
99
Тип колебаний. [Прим. ред.]
100
quantum nondemolition. Брагинский замечательно владеет нюансами английского языка, он может конструировать красноречивые английские фразы, описывающие новую идею, гораздо лучше, чем многие американцы или британцы.
101
Ключевые основы для нашей идеи были заложены нашим коллегой Уильямом Унру из Университета Британской Колумбии. Разработка идеи и ее следствий была выполнена мной вместе с Кейвсом и тремя другими коллегами, которые находились с нами за обеденным столом, когда пришла идея: Рональд Дривер, Вернон Сандберг и Марк Циммерманн.
102
Полная идея описана в работах Caves et al. (1980) и Braginsky, Vorontsov and Thome (1980).
103
Эти отличия, их следствия и ожидаемые особенности гравитационных волн, приходящих от разных астрофизических источников, были выяснены в результате работы множества теоретиков, в их числе Тибо Дамур из Парижа, Леонид Грищук из Москвы, Такаши Намура из Киото, Бернард Шуц из Уэльса, Стюарт Шапиро из Итаки, штат Нью-Йорк, Клиффорд Уилл из Сент-Луиса и я сам.
104
Отклику на частотах более низких, чем 1 колебание в секунду, мешают струны, на которых подвешены массы. Они не позволяют массам свободно двигаться в ответ на такие низкочастотные волны.
105
На самом деле улучшение чувствительности происходит не таким прямым образом, и достичь такой предельной чувствительности гораздо сложнее, чем сказано, но все же приведенное описание в общих чертах верно.
106
Прогресс в развитии интерференционных детекторов за истекшие 12 лет привел к тому, что и этот тысячекратный запас оказался исчерпанным, и в настоящее время активно разрабатываются схемы квантово-невозмущающих датчиков для следующего поколения гравитационно-волновых антенн. [Прим, ред.]
107
Через некоторое время команда Брагинского снова вернулась в эту область, когда стало ясно, что даже гигантских усилий Калтеха и финансов Национального научного фонда США недостаточно для решения всех множащихся сложных проблем, встающих в процессе разработки и разворачивания полномасштабных гравитационных антенн. Была образована международная научная коллаборация LIGO (LIGO Scientific Collaboration) для координации усилий всех научных коллективов, работающих в этой области.
Московская группа под руководством член-корреспондента Российской академии наук В.Б. Брагинского внесла большой вклад в решение ряда важных задач в проекте (совершенствование подвеса пробных масс, исследование механических шумов, разработка новых методов квантово-неразрушающих измерений). Кроме того, это сотрудничество помогло научной группе выжить в трудные для отечественной науки годы. См. также примечание самого К.Торна далее. [Прим, ред.]
108
Сейчас, в 2005 г., после запуска двух 4-км антенн LIGO в США, 3-км антенны VIRGO в Италии, 600-метровой GEO в Германии и 300-метровой ТАМ А в Японии это уже не так, и сравнение получается явно не в пользу детекторов на болванках. [Прим, ред.]
109
Хотя через Дривера поддерживалась тесная связь между командами Глазго и Калтеха.
110
К 1993 г. это сотрудничество включало группу Брагинского в Москве, группу, возглавляемую Бобом Байером в Стэнфордском университете, группу Джима Фэллера из Университета Колорадо, группу Питера Саулсона из Сиракузского университета и группу Сэма Финна из Северо-Западного университета.
111
Сейчас, в 2005 г., первое поколение антенн заступило на дежурство в Хэнфорде и Ливингстоне с чувствительностью близкой к 10-21 и начало слежение за Вселенной. Одновременно разрабатываются планы дальнейшего совершенствования интерферометров. Самые свежие новости и большое количество материалов о L1GO заинтересованные читатели могут найти в Интернете, на официальном сайте проекта http://ligo.caltech.edu/ [Прим. ред.[
112
Она названа так по имени кластера галактик в созвездии Девы (Virgo), откуда могут приходить гравитационные волны. [Эта трехкилометровая антенна, а также 600-метровая в Германии и 300-метровая в Японии сейчас, к 2005 г., уже построены. — Прим, ред.]
113
Сравните с последним разделом главы 1 «Характер физических законов».
114
Слово «поляризация» употребляется здесь в ином смысле, нежели «поляризованные гравитационные волны» и «поляризованный свет» (глава 10).
115
Может показаться, что теорема возрастания площади противоречит интуиции. По теореме Хокинга, сколь угодно большая доля массы черных дыр может превратиться в гравитационное излучение. Читатель, знакомый с алгеброй, может получить удовлетворение, рассмотрев пример двух невращающихся черных дыр, от слияния которых получается одна невращающаяся черная дыра, чей размер больше, чем у первоначальных дыр. Площадь поверхности невращающейся дыры пропорциональна квадрату длины окружности ее горизонта событий; последняя, в свою очередь, пропорциональна квадрату массы черной дыры. Из теоремы Хокинга следует, что сумма квадратов масс исходных черных дыр должна быть меньше квадрата массы полученной черной дыры. Несложные алгебраические выкладки показывают, что это ограничение на массы не противоречит условию, согласно которому масса окончательной черной дыры будет меньше суммы масс исходных черных дыр, т. е. не противоречит выводу об излучении некоторой доли исходных масс в виде гравитационных волн.
