В основе эффекта испарения чёрных дыр лежит простое физическое явление.
Для этого нам нужно понять, что такое квантовая теория поля.
Для этого поймём, что такое классическая теория поля. Представим себе модель двумерной кристаллической решетки. Это атомы, а силы между ними представлены в виде пружинок (электромагнитные силы). Чтобы понять, что это действительно модель кристаллической решетки, вполне реальной, посмотрим на эту решетку издалека. Отходя, как бы, от неё дальше и дальше, в итоге мы увидим упругое тело.
Что такое поле? Поле - это заданный набор смещений каждого атома из положения равновесия. Тогда говорят, что поле задано.
Чтобы представить, что аналогия более сильная, чем может показаться на первый взгляд, представим, что мы потянули за один из атомов.
Это всё та же кристаллическая решетка. Потянем за один атом, произойдёт искажение решетки, под действием внешней силы. Надо отметить, что когда на решетку нет никакого воздействия - поле в вакууме, все атомы расположены в положении равновесия. Искаженная решетка - простейший пример статического поля. Это поле в трехмерной решетке устроено так же как поле Кулона, создаваемое электрическим зарядом, или как Ньютоновское поле, создаваемое гравитирующим телом (формулы похожи).
Если этот атом отпустить, то по решетке побегут волны, которые будут аналогом электромагнитных волн.
Если в кристалле волны поперечные - то их называют упругими. А если они продольные - то это будут звуковые волны.
Это мы представили классическое поле, теперь перейдём к квантовому.
Представим себе частицу. Классическая частица сидит в яме в основном состоянии. А переход к квантовой механике (к волновой механике) - это когда вы рассматриваете всё более и более мелкую частицу - она размывается, она становится волной. Квантовая частица - это волна. Если классическая частица просто лежит здесь и не имеет никакой энергии, то квантовая частица, в яме, это простейшая стоячая волна. А стоячая волна - такой горбик (на рисунке), который уже имеет энергию. Поэтому квантовая частица всегда совершает нулевые колебания. То есть в основном состоянии энергия не равна нулю у квантовой частицы.
Рассмотрим возбужденное состояние.
Слева показано как колеблется классическая частица. А квантовая частица - это стоячая волна, у которой горбиков много. Чем больше горбиков, тем более возбужденное состояние, тем больше энергия. Энергия пропорциональна числу горбиков. Квантовая энергия квантовой механики.
Что же происходит с классической теорией поля, когда каждая из частиц, которая составляла кристалл, станет квантовой. Классическая теория поля станет квантовой.
Рассмотрим одномерный кристалл. Ямки играют роль двух пружинок, из классической теории поля. Теперь, если каждая из частиц станет квантовой, частица станет волной. То есть каждая из частиц будет колебаться. В основном состоянии квантового кристалла каждая из его составляющих частиц совершает колебания. При этом звуковых волн нет, это основное состояние, вакуум кристалла. Звуковые волны появляются только тогда, когда квантовые частицы имеют много горбов. В кристаллах эти нулевые колебания наблюдаются, и они нам важны.
Итак, причём здесь чёрные дыры.
В основе излучения чёрных дыр лежит очень простое явление, которое называется "амплификация колебаний".
Представим себе, что у нас маятник, показанный на картинке выше. Можно тянуть вверху за него. Сначала мы это не делаем. Он колеблется, и если мы резко потянем за него, то амплитуда колебаний увеличится. Это называется амплификация или усиление колебаний. Та же самая картинка в яме будет выглядеть следующим образом. Если мы резко изменим форму потенциала то амплитуда колебаний увеличится и мы привнесем энергию в систему. А если частица находится в основном состоянии то тяните, либо не тяните, амплитуда не увеличится, частица у нас не колебалась. Но квантовая частица всегда колеблется.
Поэтому, если вы возьмете квантовую частицу в основном состоянии, и поменяете форму потенциала, то из одной волны вы получите много. Это называется амплификация на квантовом уровне.
Но что произойдёт с квантовой теорией поля в случае этой амплификации...
Продолжение в следующей части. Как всегда, спасибо за подписку и за плюсик :)