Физика черных дыр - Новиков И.Д.
Скачать (прямая ссылка):
В целом ответ на вопрос о существовании и устойчивости максимонов связан с поведением физических взаимодействий при энергиях, сравнимых с планковскими, и поэтому следует ожидать окончательного решения этого вопроса лишь после построения теории квантовой гравитации. Возможно, он найдет свое естественное решение в рамках единой теории всех взаимодействий (основанной, например, на одном из вариантов теории супергравитации или теории струн).
Если элементарные черные дыры существуют в природе, то они обладают рядом удивительных свойств [Марков (1966 *) 1. Их характеризует крайне малое сечение взаимодействия — порядка IO'66 см2. При падении максимона в поле тяготения Земли он приобретает энергию порядка IO20 эВ. Однако, поскольку скорость его движения невелика, то, по-видимому, наблюдать максимоны по их ионизующей способности невозможно, даже если они заряжены и их взаимодействие с веществом достаточно сильное. Максимоны трудно удерживать и накапливать в обычном веществе на поверхности Земли, поскольку на длине межмолекулярного расстояния обычного вещества гравитационное поле Земли сообщает им энергию ~ IO3 эВ, что значительно больше энергии взаимодействия молекул.
Малость сечения взаимодействия нейтральных максимонов с веществом приводит к тому, что значительная (или даже основная) часть материи во Вселенной в настоящее время могла бы состоять из максимонов, не приводя к противоречию с наблюдениями. В частности, максимоны могли бы играть роль невидимого вещества, существование которого признается в настоящее время в космологии [Марков (198Ib)] *).
По-видимому, наиболее перспективным методом поиска максимонов следует считать метод, основанный на регистрации продуктов их распада.
*) Имеется возможность получить сильные ограничения на допустимую среднюю плотность максимонов во Вселенной с помощью соображений, аналогичных тем, которые используются при выводе ограничения на число монополей и других массивных частиц [см,, например, Полнарев, Хлопов (1985 *)),
20. И.Д. Новиков
297
Если допустить существование связанной системы многих максимонов [Марков, Фролов (1979*)] или малого их числа - например, пары [Аман (1983)] - то при эволюции таких систем возможно слияние пары максимонов в один с выделением энергии порядка IO2* эВ. Такого типа процессы могли бы, по-видимому, регистрироваться в экспериментах типа ДЮМАНД [более подробно об этом см. Марков (1981а), Марков, Железных (1981) ].
Стабильные максимоны являются максимально тяжелыми фундаментальными частицами [Марков (1976*, 1981с)]. Если связать с размером частицы ее комптоновскую длину волны X = h/тс\ то для частиц с массой т > Hivі этот размер оказывается меньшим, чем ее гравитационный радиус*). Имеется и другая причина, по которой элементарные черные дыры, даже если они нестабильны, важны для теории элементарных частиц. Дело в том, что при проведении расчетов в современной квантовой теории и, в частности, при вычислении собственной энергии частиц обычно учитывают вклад промежуточных состояний с произвольно большой энергией, что приводит к появлению известных расходимостей. Учет гравитационного взаимодействия соответствующих виртуальных частиц и возможности появления виртуальных (короткоживущих) черных дыр в промежуточном состоянии может привести к устранению этих расходимостей [Марков (1971)].
Виртуальные черные дыры могут возникать и в вакууме в результате квантовых флуктуаций. Квантовые флуктуации гравитационного поля тем больше, чем меньше масштабы длин. На расстояниях порядка планковских флуктуации метрики сравнимы с самой метрикой. Подобные флуктуации означают возможность сильных отклонений от плоской геометрии и евклидовой топологии. Иными словами, из-за непрерывного рождения и уничтожения виртуальных черных дыр пространство-время в малых масштабах напоминает мыльную пену.
Представление о пенной структуре пространства-времени, сформулированное в 50-х годах Уилером, в последние годы получило развитие в работах Хокинга и его группы [Хокинг (1978, 1984), Хокинг и др. (1979, 1980), Уорнер (1982)].
Среди интересных приложений этих идей отметим: 1) возможное нарушение квантовой когерентности и превращение чистого состояния в смешанное из-за взаимодействия квантованного поля с флуктуациями гравитационного и 2) несохранение барионного и лептонного зарядов в процессе взаимодействия элементарных частиц с виртуальными черными дырами (с пространственно-временной ’’пеной”) [Хокинг (1984)]. И хотя ожидаемое время жизни протона относительно этого процесса на много порядков превосходит предсказываемое в рамках теорий Великого объединения, сама возможность подобных процессов может иметь фундаментальное значение, особенно при обсуждении вопроса о происхождении Вселенной.
*) Отметим, что планковская длина в этой ситуации выполняет роль своеобразной фундаментальной длины. Можно показать !Гинзбург (1 975 *), Гинзбург, Фролов (1976 *)], что в самом общем случае появление фундаментальной длины приводит к ограничению снизу на спектр существующих черных дыр.
