КВАНТОВОЕ РОЖДЕНИЕ ЧАСТИЦ

До сих пор мы знакомились с такими процессами, которые либо используют вращательную энергию черных дыр (энергию гравимагнитного поля), либо энергию ее

внешнего гравйэлектрического поля. Никакие процессы не уменьшали размер горизонта событий черной дыры, не уменьшали ее, так сказать, внутренюю энергию (ее иногда называют неприводимой массой). Сейчас мы обращаемся к квантовым процессам и в связи с этим к процессам, в которых активно участвует пустота — вакуум. Оказывается, рассмотрение этих процессов приводит к удивительным следствиям для черных дыр.

Согласно современным представлениям вакуум, т. е. пустота, в которой нет никаких реальных частиц, никаких реальных квантов физических полей, тем не менее не является абсолютной пустотой, «совершенным ничем». Он представляет собой «море» всевозможных так называемых виртуальных частиц и античастиц. Они не проявляются как реальные частицы. Но в вакууме все время происходит рождение на короткое время пар виртуальных частиц и античастиц, которые тут же уничтожаются. Они не могут превратиться в реальные частицы, так как это означало бы появление реальной энергии, которой взяться в пустоте неоткуда. И только на короткий миг соотношение неопределенностей квантовой физики позволяет появиться частицам. Это соотношение утверждает, что произведение времени жизни виртуальной пары частиц на их энергию порядка постоянной Планка Реальные частицы всегда можно убрать из какого-то объема пространства. Но процессы с виртуальными частицами в принципе неустранимы. Таковы свойства пустоты. Если имеется какое-либо сильное поле, то под действием этого поля некоторые виртуальные частицы могут набрать достаточную энергию, чтобы стать реальными. Энергия при этом черпается из внешнего поля. Так в. сильном поле может происходить рождение реальных частиц из вакуума за счет энергии этого поля.

Этот факт давно и хорошо известен. Что он дает в применении к проблеме черных дыр? В сильном электрическом поле заряженной черной дыры происходит рождение электронно-позитронных пар. Частицы противоположного знака заряда по сравнению с зарядом черной дыры притягиваются ею, падают в нее, уменьшая ее заряд. В 1970 г. М. А. Марков и В. П. Фролов и в 1980 г. И. Д. Новиков и А. А. Старобинский вычислили скорость, с которой происходит такая разрядка черной

дыры. Оказалось, что заряд черной дыры с массой в 10 масс Солнца быстро уменьшается еще в ходе ее образования и не может превышать 1035 зарядов электрона.

Другим квантовым процессом, важным для физики черных дыр, является рождение квантов поля в эргосфере вращающейся черной дыры. Вспомним, что при облучении вращающейся черной дыры волнами какого-либо поля для некоторых волн выполнялось условие усиления их амплитуды в эргосфере. Это явление суперрадиации. Аналогичный эффект может происходить и с виртуальными квантами. Те из виртуальных квантов, для которых выполняется условие усиления, могут превратиться в реальные кванты и вылететь из эргосферы. Рождение этих частиц происходит за счет гравимагнитного (вращательного) поля. Частота возникающего излучения порядка частоты вращения черной дыры. В результате вращательная энергия черной дыры постепенно переходит в излучение. В отличие от быстрого процесса электрической разрядки рассматриваемый процесс квантовой суперрадиации, исследованный в 1972 г. Я. Б. Зельдовичем и А. А. Старобинским, чрезвычайно медленен. Даже для максимально быстро вращающейся черной дыры с массой в 10 масс Солнца темп потери вращательной энергии составляет всего около Это значит, что за все время существования Вселенной потеряно меньше одного эрга! В то же время полный запас вращательной энергии такой черной дыры около Разумеется, ни о каком практическом использовании столь ничтожного излучения от массивной черной дыры не может быть и речи. Однако мощность излучения обратно пропорциональна квадрату массы, и для маленьких черных дыр она может быть существенной. К этому вопросу мы еще вернемся.

Оба рассмотренных нами процесса вызываются полями вокруг черной дыры. Они приводят к изменению этих полей, но не уменьшают саму черную дару, не уменьшают площадь горизонта событий.