От астрономии к квантовым чёрным дырам

В тридцатых годах 20 столетия молодой индийский физик-теоретик Субрахманьян Чандрасекар, работая над теорией звёзд «Белых карликов», сформулировал важное следствие. Если масса звезды больше некоторого предела, равного 1.4 масс Солнца, тогда гравитационные силы будут сильнее, чем давление вырожденного газа (вещества звезды) и коллапс звезды будет неминуем. Кстати, этот предел в 1.4 масс Солнца назван пределом Чандрасекара.

 Более массивные звезды, чем белые карлики будут продолжать сжиматься дальше и дольше, вплоть до того момента, когда этот объект вспыхнет как сверхновая звезда. Плотность звезды определяется ее массой и основным процессом горения звезды. После полного выгорания всего термоядерного топлива массивная звезда может трансформироваться в черную дыру.

Помимо астрономических черных дыр ученые задумались о возможном существовании квантовых черных дыр. Около 50 лет назад теория квантовых черных дыр стала целым отдельным направлением в квантовой теории поля. Черная дыра – это такой физический объект, в котором концепции Геометрии Пространства-Времени, Квантовой Теории Поля и Термодинамики сливаются воедино.

Вопрос о возможном существовании первичных черных дыр с малой массой, сформировавшихся на ранних стадиях космологического расширения и их влиянии на последующую эволюцию Вселенной все еще стоит в списке исследований. Динамика формирования и распад таких черных дыр зависит от предположения, касающегося свойств элементарных частиц ультравысоких энергий. В этом месте Космология и Физика Черных Дыр объединяются с Теорией Элементарных Частиц.

Сегодня черные дыры обрели свою классификацию. 

Черные дыры звездных масс, от 3-х до 10 масс Солнца, наблюдаются как вспышки сверхновых. 

Сверхмассивные черные дыры (СЧД) имеют массу от 300 тысяч до 600 тысяч масс Солнца и более. Как правило они формируют активные ядра глактик. Ближайшая к Солнцу такая черная дыра находится в ядре нашей Галактике (Sagittarius A*) и имеет массу 4.31 миллионов масс Солнца. В то время как созвездие Волосы Вероники (галактика NGC 4889) содержит сверхмассивную черную дыру с массой 21 миллиард масс Солнца.

Первичные черные дыры (ПЧД) с малой массой (от 10 в 12-ой степени до 10 в 23-й степени килограмм) могли родиться на начальной стадии формирования Вселенной сразу после Большого Взрыва. Эту идею высказал Стивен Хоккинг. Такие черные дыры могут испаряться, излучая тепловые фотоны. Пока что эффект не был наблюден.

Микроскопические или термальные черные дыры (МЧД) с массой (от 1-го до 10 и более ТэВ/сек в квадрате). Их поиск происходит в рамках планового эксперимента на Большом Адронном Коллайдере при энергии протон-протонных столкновений 13 ТэВ.

Квантовые черные дыры, не термальные, то есть другого типа (КЧД), но с такой же массой как МЧД (от 1-го до 10 и более ТэВ/ сек) продолжают искать также в рамках планового эксперимента на Большом Адронном Коллайдере при энергии протон-протонных столкновений 13 ТэВ.

Как различить тогда элементарные частицы и квантовые черные дыры? Еще в 1965 году отечественный ученый, Марков М.А. поставил предел на массу элементарной частицы. Он назвал ее максимоном и определил её массу примерно в 1.2 умноженную на 10 в 19-й степени ГэВ/сек в квадрате. И даже Марков предположил, что максимоны могут быть нейтральными или электрически заряженными. Но, что самое удивительное: они могут выглядеть как черные дыры.

Ну и основные свойства черной дыры следующие. Она обладает только массой, электрическим зарядом, угловым моментом (вращается) и хромодинамическим «цветом». У черной дыры есть гравитационный радиус Шварцшильда, - это такая условная характеристика, означающая, следующее: какую массу имел бы этот объект, если бы имел такие размеры. Но, у черной дыры нет понятия обычного радиуса (как это есть у электрона) или иных метрических размеров вообще, что сформулировано в теореме: "Черная дыра не имеет волос".