Что такое излучение Хокинга?

Излучение Хокинга описывает гипотетические частицы, образованные границей черной дыры. Наличие излучения означает, что черные дыры имеют температуру, обратно пропорциональную их массе.

Иными словами, чем меньше черная дыра, тем горячее она и ярче светится.

Хотя оно никогда не наблюдалось напрямую, излучение Хокинга — это гипотеза, подтвержденная объединенными моделями общей теории относительности и квантовой механики. Оно названо в честь выдающегося физика Стивена Хокинга, который в 1974 году опубликовал статью под названием «Взрывы черных дыр?» аргументируя существование излучения.

Если будет доказано, что излучение Хокинга является фактическим, это означало бы, что черные дыры могут излучать энергию и, следовательно, уменьшаться в размерах, при этом мельчайшие из этих безумно плотных объектов быстро взрываются в потоке тепла (а самые большие медленно испаряются в течение триллионов лет).

Почему черные дыры должны светиться?

Когда материя попадает в черную дыру, она оказывается изолированной от остальной Вселенной. Это также устраняет некоторую степень беспорядка; характеристику физики называют энтропией.

Поскольку такое удаление материи делает Вселенную менее беспорядочной, считается, что процесс нарушает второй закон термодинамики.

Граница, окружающая пространство, подверженное безумной гравитации черной дыры, — называемая горизонтом событий, — должна увеличиваться всякий раз, когда в нее попадает материя.

Эта область представляет собой меру энтропии, которая в противном случае была бы потеряна, — предположение, которое должно разрешить парадокс.

Энтропия — это еще один способ описания тепловой энергии, которая обязательно испускает излучение. Если горизонт событий имеет энтропию, он должен каким-то образом светиться, а это значит, что черные дыры все-таки не будут такими черными.

Впоследствии Хокинг обнаружил, что черные дыры действительно сияют холодным светом.

Как черные дыры производят излучение Хокинга?

Физический процесс, лежащий в основе испускания частиц вблизи горизонта событий черной дыры, довольно сложен и основан на твердом понимании математики квантовой теории поля.

Излучение Хокинга обычно описывается как результат двойных «виртуальных» частиц, которые естественным образом возникают из вакуума, разделенного гравитацией. Обычно они рекомбинируют и уравновешиваются, но в этом случае в результате расщепления половина каждой пары улетает в виде фактического излучения.

Фактически, собственное популярное объяснение математики Хокинга описывает мимолетные виртуальные частицы, находящиеся под действием экстремальной гравитации, причем половина пары удаляет массу из черной дыры благодаря экстремальной гравитации, обеспечивающей частицу отрицательной энергией.

Некоторые физики считают, что это «локализованное» описание частиц, разделяющихся по воображаемой линии, вводит в заблуждение.

Хотя нам нужна полная теория роли гравитации в квантовой механике, чтобы правильно отобразить это взаимодействие, выводы Хокинга показывают, как искривленное пространство может нарушить сочетание квантовых свойств в полях около горизонта событий до такой степени, что черные дыры «разбирают» некоторые функции, оставив другие нетронутыми. Именно эти неповрежденные частицы создают определенные температуры излучения и могут вызвать сокращение черной дыры.

Текст и изображения могут быть изменены, удалены или добавлены по решению редакции, чтобы информация оставалась актуальной.

Источники: Фото: NASA/JPL-Caltech