ние в той или иной форме, перестают работать. Вопрос о роли эффектов квантовой гравитации вообще и в черных дырах в частности чрезвычайно важен. И хотя квантовая гравитация как теория еще далеко не завершена, а применение ее к исследованию конкретных вопросов'связано со значительными, часто принципиальными трудностями, уже полученные на этом пути результаты подтверждают надежду на то, что квантовая гравитация действительно устранит сингулярности.
Элементарные черные дыры (максимоны). Что же остается после взрыва черной дыры? Результаты, полученные С. Хокингом, не дают ответа на этот вопрос, поскольку они непосредственно применимы лишь до тех пор, пока масса испаряющейся черной дыры гораздо больше планковской массы mпл =sqrt[hc/G]~- 10-5г. В 1979г. Г. А, Вилковыский и В. П. Фролов показали, что учет эффектов квантовой гравитации приводит к тому, что черные дыры с массой, меньше планковской, не образуются. Поэтому если только отсутствует сингулярность внутри черной дыры { При наличии сингулярности возможно в результате распада чёрной дыры ее превращение в “голую” сингулярность.}, то имеются следующие две возможности: черная дыра распадается полностью иди в результате распада остается элементарная черная дыра с массой порядка планковской.
Гипотеза о возможности существования в природе подобных элементарных черных дыр (получивших название максимонов) была выдвинута в 1965 г. советским физиком М. А. Марковым. Максимоны (если только они действительно существуют в природе) могли бы играть роль максимально тяжелых элементарных частиц. Обладая сравнительно большой (почти макроскопической) массой, максимон имеет крайне малый размер: 1пл ~ ~ 10-33 сантиметра. Чрезвычайно малое сечение взаимодействия максимонов с веществом (сигмаmпл~10-66 см2) приводит к тому, что звезды и планеты практически полностью для них прозрачны {Длина свободного пробега максимона в веществе ядерной плотности сравнима с размером видимой части Вселенной. }. Поэтому даже если бы в настоящее время максимонов во Вселенной было много, то крайне трудно было бы обнаружить их теми методами, которыми регистрируют другие элементарные частицы.
Исходя из оценок средней плотности вещества во Вселенной, можно заключить, что если бы максимоны были распределены равномерно, то на 1 млрд. км3 пространства приходилось бы не более одного максимона. Если справедлива стандартная модель горячей Вселенной, то даже при средней плотности максимонов в настоящее время порядка критической (~10-29 г/см3), на ранних этапах эволюции Вселенной доля вещества в максимонной составляющей была пренебрежимо мала. В настоящее время вопрос о существовании максимонов и их роли в эволюции Вселенной остается открытым.
Виртуальные черные дыры и пенная структура про странства-времени. Даже если максимоны нестабильны, элементарные черные дыры могут, по-видимому, играть важную роль в физике элементарных частиц. При вы числении собственной энергии частицы обычно учиты вают вклад промежуточных состояний с произвольно большой энергией, что приводит к появлению известных расходимостей. Учет гравитационного взаимодействия соответствующих виртуальных частиц и возможности появления виртуальных черных дыр в промежуточном состоянии может привести к устранению этих расходи мостей. Виртуальные (короткоживущие) черные дыры могут возникать и в вакууме в результате квантовых флук туации. Квантовые флуктуации гравитационного поля тем больше, чем меньше масштабы длин. На расстоя ниях порядка планковских (~10-33 см) флуктуации метрики порядка единицы. Подобные флуктуации озна чают сильные отклонения от плоской геометрии. Иными словами, пространство-время в малых масштабах скорее напоминает мыльную пену, чем гладь воды.
Представление о пенной структуре пространства-времени, сформулированное в 50-х гг. известным американским физиком Дж. Уилером, в последнее время получило дальнейшее развитие в работах английской группы, возглавляемой С. Хокингом. Взаимодействие элементарных частиц с виртуальными черными дырами (пространственно-временной “пеной”) может приводить к таким следствиям, как несохранение барионного и лептонного зарядов. И хотя ожидаемое при этом время жизни протона (~1050 лет) почти на 20 порядков превосходит время жизни протона, предсказываемое в рамках теорий Великого объединения, сама возможность подобных процессов может иметь фундаментальное значение, особенно при обсуждении вопроса о происхождении Вселенной.
Завершая рассказ о черных дырах, хотелось бы обратить внимание на следующее. Еще 20 лет назад мало кто верил в саму возможность существования черных дыр. Гипотеза о черных дырах привлекла к себе пристальное внимание после открытия нейтронных звезд. И удивительное дело — черные дыры сразу “пришлись ко двору” в астрофизике. Им нашлось место не только в виде остатков при вспышках сверхновых, но и в ядpax шаровых скоплений, галактик и квазаров. .
После открытия С. Хокингом явления квантового испарения черных дыр особое значение приобрел вопрос о (космологической роли малых черных дыр. Гипотеза об элементарных черных дырах (максимонах) не только интересна своими возможными космологическими следствиями, -но и существенна для физики элементарных частиц. Виртуальные черные дыры явятся, возможно, важным элементом будущей квантовой теории гравитации. Исследование свойств черных дыр привело к обнаружению глубоких связей между гравитацией и термо-динамикой. Этот простой перечень говорит о том, что за последние 16—15 дет, по сути дела, возникла, новая область науки — физика черных дыр со своим объектом исследования и своими проблемами. Проблемы эти, зачастую носят столь фундаментальный характер, а объект настолько удивителен, что эта область привлекает внимание многочисленных исследователей. И хочется надеяться, что она порадует физиков новыми, быть может, еще более неожиданными, результатами.
Гинзбург В. Л. О теории относительности. М., Наука, 1979.
Зельдович Я. Б., Новиков И. Д. Теория тяготения и эволюция звезд. М., Наука, 1971.
Зельдович Я. Б., Новиков И. Д. Черные дыры во Вселенной. — Природа, 1972, N 4, с. 28.
Зельдович Я. Б., Новиков И. Д., Староби'н-ский А. А. Черные и белые дыры. — Природа, 1976, № 1, с. 34.
Кауфман У. Космические рубежи теории относительности. М., Мир, 1981.
Киржниц Д. А., Фролов В. П. намика, информация. — Природа, 1981, N 11. с. 2.
Лайтман А. П., Сюняев Р. А., Шакура Н. И., Шапиро С. Д., Эрдли Д. М. Современное состояние данных о Лебеде Х-1. — Успехи физических наук, 1978, т. 126, с. 515.
Новиков И. Д. Черные дыры во Вселенной. М., Знание, 1977.
Новиков И. Д., Пол на рев А. Г. Первичные черные дыры. — Природа, 1980, Л” 7, с. 12.
Фролов В. П. Черные дыры и" квантовые процессы в них. — Уепехи физических наук, 1976, т. 118, с. 473.