Чёрные дыры и нейтронные звезды: природа загадочных объектов

В бескрайних просторах Вселенной существуют загадочные объекты, способные бросить вызов нашим представлениям о физике — черные дыры и нейтронные звезды. Эти космические феномены не только поражают воображение, но и требуют глубокого понимания их природы и взаимосвязи с фундаментальными законами физики. В данной статье мы подробно рассмотрим уникальные свойства черных дыр и нейтронных звезд, их роль в формировании структуры Вселенной и сложные взаимодействия, происходящие в их недрах.

phys.org: Нейтронные звезды - это времениподобная материя с максимальной массой около 2,34 масс Солнца в квантовой хромодинамике (сильное цветовое взаимодействие). Черные дыры - это космоподобная материя, у которой нет максимальной массы, но минимальная масса составляет 2,35 массы Солнца. Действительно, черные дыры были идентифицированы с миллионами или миллиардами масс Солнца.

Вся временеподобная материя причинна, в то время как пространственноподобная материя черной дыры акаузальна. У беспричинной пространственно-подобной материи нет идентифицируемых состояний частиц (в пространственно-подобной области все находится вне массовой оболочки), нет принципа Паули, нет уравнений движения, нет уравнений гидростатической устойчивости, нет уравнений состояния, нет энтропии, нет температуры, нет постоянной Планка, нет постоянной Больцмана, нет квантового поля с конечной температурой теория.

Единственными величинами, которыми обладает черная дыра, являются гравитационные инварианты, наблюдаемые на бесконечности, и скалярная кривизна R. Функциями гравитационных инвариантов также являются гравитационные инварианты, такие как ее объем, площадь, радиус и т.д.

Гравитационные многообразия - это метрические пространства, обладающие изометрическими симметриями, и эти гравитационные инварианты являются инвариантами относительно этих симметрий. Если метрическим пространством является пространство Минковского, то изометрические симметрии - это просто знакомая группа Пуанкаре.

Черные дыры - это стабильные объекты без максимальной массы

Давления черной дыры — PS, внешнее давление, поддерживающее ее раздутость из-за отрицательной скалярной кривизны, и PM, внутреннее давление из—за самогравитации, пытающейся сжать ее, - являются гравитационными инвариантами. В доказательстве того, что PS = -PM, показано, что равновесие также устойчиво и возникает универсальная постоянная черной дыры F = 3c4/4G = 9,077...x1043 N.

Все черные дыры имеют одинаковую постоянную силы F, которая их раздувает, независимо от массы черной дыры. Именно эта новая универсальная постоянная для черных дыр объясняет, почему черные дыры не имеют максимальной массы.

Из этой универсальной силовой константы вытекают два непосредственных следствия:

(1) Самое большое давление во Вселенной, которое можно наблюдать и рассчитать. Самая маленькая черная дыра обладает самым высоким давлением во Вселенной. Используя ранее упомянутую расчетную минимальную массу в 2,35 массы Солнца, получаем Puniverse = 1,5183...x 1035 Н/м2. Это непостижимо большое значение, поэтому мы можем сравнить его с расчетным давлением в центре Юпитера Юпитер—Юпитер = 650 x 106 фунтов/дюйм2 (на веб-сайте НАСА используются британские единицы измерения), что дает значение Puniverse/Юпитер-Юпитер = 3,3878...x1022, все еще недоступное человеческому пониманию.

(2) Существует закон площади слияния черных дыр, но это не предположение Хокинга и не имеет никакого отношения к энтропии. Для того чтобы в объеме образовались две сливающиеся черные дыры с давлениями P1 и P2, оставляя остаток с давлением P3, требуется, чтобы P1+P2 > P3, иначе остаток не может существовать. Поскольку давления равны P = F/площадь с универсальной силовой константой F, это дает фактический закон площади слияния черных дыр, включающий взаимные области 1/A1 + 1/A2 > 1/A3. Имеющиеся данные о гравитационных волнах согласуются с этим законом взаимного слияния областей. Существование универсальной постоянной для черных дыр управляет слиянием черных дыр.

Вопрос о сингулярностях черных дыр

Применение причинно-следственной связи к беспричинной материи, подобной пространству, всегда приводит к противоречиям. Широко цитируемое утверждение о том, что черные дыры обладают сингулярностью, основано на неправильном применении каузальных уравнений движения Эйнштейна к беспричинным черным дырам, что приводит к появлению фальшивой сингулярности, см. рис. 2.

Это уравнение является противоречием, поскольку скалярная кривизна является гравитационно-инвариантной с левой стороны, но правая часть имеет сферические координаты, которые не являются гравитационно-инвариантными. Таким образом, в статье, опубликованной в журнале Advances of Physical Sciences, доказывается, что черные дыры не имеют сингулярностей.

Противоречия всегда возникают, если причинно-следственная физика применяется к пространственноподобной материи черных дыр

Существуют противоречия, которые возникают, если каузальная квантовая теория поля с конечной температурой неправильно применяется к акаузальным пространственноподобным черным дырам: в часто цитируемой ссылке Хокинг сделал именно это неправильное присвоение и заявил, что черные дыры имеют температуру и испаряют свою массу, достигая состояния вакуума.

Где же противоречие, которого мы ожидаем, когда каузальная физика применяется к акаузальным космоподобным черным дырам? Если бы черные дыры действительно излучали, их масса действительно приближалась бы к нулю, но, как показано на рисунке 1, их отрицательная скалярная кривизна R не стремится к нулю, а стремится к отрицательной бесконечности: конечное состояние черной дыры не является требуемым вакуумным состоянием R = 0. Это противоречие возникает из-за неправомерного применения причинной теории поля конечных температур к беспричинной пространственноподобной материи.

Перенормировка скалярной кривизны R

Одной из целей общей теории относительности является перенормировка R в четырехмерном пространстве-времени. В статье 2018 года показано, что перенормировка R в квантовой теории поля с конечными температурами удовлетворяет той же теореме, что и перенормировка термодинамического потенциала.

Обе величины являются физическими наблюдаемыми величинами, которые не имеют "ножек" (то есть внешних функций Грина) на диаграммах Фейнмана. "Печально известное" предсказание квантовой теории поля о том, что плотность энергии электрослабого вакуума на 10-120 порядков больше экспериментальной плотности энергии вакуума, является ложным утверждением, поскольку этот постоянный член не учитывается в теореме перенормировки термодинамического потенциала.

Наконец, можно сказать, что планета Юпитер, в силу причинно-следственных связей, бесспорно, является гораздо более сложным объектом, чем беспричинная черная дыра.