Лабораторная черная дыра продемонстрировала излучение хокинга

Примечания

1. .
2. Дьяконов Дмитрий Игоревич. . scientific.ru (8 октября 2011). — Воспоминания свидетеля событий, физика-теоретика. — «Речь зашла об излучении вращающейся чёрной дыры. Все понимали, что вращающееся тело излучает, и вслух прикидывали — дипольное? квадрупольное? но Яков Борисович говорил что-то третье, что понять было трудно. Опять поднялся невообразимый гвалт. В какой-то момент Грибов сказал: не понимаю, зачем дыре вращаться, она и в покое должна излучать — фотон с длиной волны больше шварцшильдовского радиуса невозможно запереть! Аудитория это мгновенно осознала и стала прикидывать, какую длину волны излучает чёрная дыра с массой Солнца, и так далее.».
3. Stephen Hawking. A Brief History of Time. — Bantam Books, 1988.
4. Гинзбург В. Л., Фролов В. П. Вакуум в однородном гравитационном поле и возбуждение равномерно ускоренного детектора // Эйнштейновский сборник 1986-1990. — М., Наука, 1990. — Тираж 2600 экз. — c. 190-278
5. Александр Будик. . 3DNews (28 сентября 2010). Дата обращения 9 октября 2010.
6. Ахмедов Эмиль. . postnauka.ru (21 октября 2014).
7. . Phys.org (15 октября 2014).

Можно ли создать черную дыру в лабораторных условиях?

Для того, чтобы воссоздать аналог черной дыры в лаборатории Израильского технологического института, физик Джефф Штайнхауэр и его коллеги применили чрезвычайно холодный газ, называемый конденсатом Бозе-Эйнштейна. Это вещество ученые решили использовать в целях того, чтобы смоделировать горизонт событий — своеобразной границы внутри черной дыры, за пределы которой ничто не может убежать. В проточном потоке этого газа они разместили виртуальную преграду, создав своеобразный «водопад» из газа; когда газ перетекал сквозь искусственный водопад, он превращал потенциальную энергию в кинетическую, в результате начиная двигаться быстрее скорости звука.

Первая искусственная черная дыра была создана в Израиле

Вместо материи и антиматерии, которые взаимодействуют при аналогичном процессе в космосе, исследователи использовали пары квантовых звуковых волн или фононов. На одной из сторон звуковая волна имела возможность двигаться против потока газа, удаляясь от водопада, в то время как фонон на быстрой стороне этого сделать не мог, так как был захвачен смоделированной «черной дырой» из сверхзвукового газа.

Результат эксперимента показал, что теория Стивена Хокинга действительно проливает свет на загадку черных дыр: постепенное поглощение черными дырами частиц Хокинга ведет к рассеиванию галактических монстров.

Таким образом, именно идея самого гениального ученого XX века сможет помочь людям приручить однажды колоссальную энергию самых невероятных объектов Вселенной, сделав человеческую расу настоящими покорителями галактики. А вот уже об этом давайте-ка попробуем порассуждать в нашем Telegram-чате.

Как выглядит черная дыра

Технически, это картина тени черной дыры: в частности, сверхмассивной черной дыры — монстра с 6,5 миллиарда солнечных масс в 55 миллионах световых годах от Земли — в центре галактики Messier 87. Черные дыры захватывают все, что падает внутрь, включая свет, поэтому они черные. В некотором смысле, они принципиально невидимые, односторонние космические люки, ведущие… непонятно куда. Но из-за того, как они деформируют пространство, они оставляют темный силуэт на пылающей, перегретой материи, которая их окружает. Именно эту сцену запечатлел и явил миру EHT.

C 1960-х годов, когда косвенные астрономические свидетельства и прорывы в теоретической физике сделали существование черных дыр практически бесспорным, эти объекты оказались в подвешенном состоянии: они были наиболее вероятным объяснением всевозможных необъяснимых явлений, но увидеть их не представлялось возможным.

В конце 1990-х годов все изменилось: астрономы по всему миру начали строить мощные высокочастотные радиообсерватории на возвышенностях Гавайев, Мексики, Чили и Южного полюса. Астрофизики-теоретики рассчитали, что теоретическое объединение этих телескопов с использованием метода под названием интерферометрия со сверхдлинными базами может позволить им увидеть тени сверхмассивных черных дыр, которые были достаточно большими и близкими к Земле. Самым большим призом всегда была черная дыра Стрелец A*, в четыре миллиона солнечных масс в центре Млечного Пути. Стрелец А* остается невидимым — по крайней мере, для публики. Но M87, единственная другая известная черная дыра в пределах досягаемости EHT, теперь попала на фото.

Обычно крупные научные открытия вроде такого быстро находят свой путь в массы, но в этот раз астрономы показали удивительную скрытность. Франс Кордова, директор National Science Foundation — которая вложила 28 миллионов долларов в ETH за долгие годы — впервые увидела снимок сегодня утром на пресс-конференции. Он растрогал ее до слез.

NSF и другие финансирующие учреждения пообещали, что результат будет «ошеломляющим» — и он таким и получился. Все-таки, мы получили первое прямое доказательство существования горизонта событий, определяющего границу черной дыры. Но любой, кто надеялся, что этот первый снимок разрушит железную строгость общей теории относительности Эйнштейна, разочаровался: черная дыра выглядит в точности так, как ее рисовали сто лет.

Но этот первый снимок — только начало. Со времени наблюдения 2017 года массив EHT уже вырос в размерах и остроте, к нему присоединился новый телескоп и присоединится еще один, а на каждом из объектов размещается более мощное оборудование для цифровой обработки сигналов. В будущем к EHT присоединятся все возможные телескопы для наблюдения M87, Стрельца А* и других черных дыр, одновременно и в разных диапазонах длин волн — радио, рентгеновском, гамма-лучевом, инфракрасном и оптическом.

Стоит также отметить, что за два часа после пресс-конференции в Интернете появилось не менее шести научных работ на тему наблюдения черной дыры. Они почти наверняка содержат новые догадки и вопросы, которые мы попытаемся нащупать и обнародовать в ближайшее время. Но задумайтесь на минутку вот о чем: разве не странно и не удивительно, что разумные двуногие, использующие инструменты в маленьком мире на задворках Солнечной системы, сумели каким-то образом превратить свою планету в телескоп и сфотографировать «выход» из Вселенной?

Давайте обсудим в нашем чате в Телеграме.

Как образуются черные дыры?

В настоящее время мы знаем о четырех разных способах образования черных дыр. Лучше всего понимаем связанный со звездным коллапсом. Достаточно большая звезда образует черную дыру после того, как ее ядерный синтез прекращается, потому что все, что уже можно было синтезировать, было синтезировано. Когда давление, создаваемое синтезом, прекращается, вещество начинает проваливаться к собственному гравитационному центру, становясь все более плотным. В конце концов, оно настолько уплотняется, что ничто не может преодолеть гравитационное воздействие на поверхность звезды: так рождается черная дыра. Эти черные дыры называются «черными дырами солнечной массы» и наиболее распространены.

Следующим распространенным типом черных дыр являются «сверхмассивные черные дыры», которые можно найти в центрах многих галактик и которые имеют массы примерно в миллиард раз больше, чем черные дыры солнечной массы. Пока доподлинно неизвестно, как именно они формируются. Считается, что когда-то они начинались как черные дыры солнечной массы, которые в густонаселенных галактических центрах поглощали множество других звезд и росли. Тем не менее они, похоже, поглощают вещество быстрее, чем предполагает эта простая идея, и как именно они это делают — все еще остается предметом исследований.

Более спорной идеей стали первичные черные дыры, которые могли быть сформированы практически любой массой в крупных флуктуациях плотности в ранней Вселенной. Хотя это возможно, достаточно трудно найти модель, которая производит их, при этом не создавая чрезмерное их количество.

Наконец, есть очень умозрительная идея о том, что на Большом адронном коллайдере могут образовываться крошечные черные дыры с массами, близкими массе бозона Хиггса. Это работает только в том случае, если у нашей Вселенной имеются дополнительные измерения. Пока не было никаких подтверждений в пользу этой теории.

Проблема информации

Неприятности, которые создала теория излучения Хокинга, связаны с, так называемой, «теоремой отсутствия волос» у черной дыры. Суть ее вкратце в следующем: дыре совершенно безразлично, какими характеристиками обладал тот объект, который попал за горизонт событий. Важна лишь масса, на которую увеличилась дыра. Информация о параметрах тела, упавшего в нее, сохраняется внутри, хотя и недоступна наблюдателю. А теория Хокинга сообщает нам, что черные дыры, оказывается, не вечны. Получается, информация, которая так и хранилась бы в них, вместе с дырами и исчезает. Для физиков это ситуация нехорошая, поскольку приводит к совершенно бессмысленным вероятностям отдельных процессов.

В последнее время наметились положительные сдвиги в решении данного парадокса, включая и участие самого Хокинга. В 2015 году было заявлено, что благодаря особым свойствам вакуума возможно выявить бесконечное количество параметров излучения дыры, то есть «вытащить» из нее информацию.

Исследование

Точку в споре о существовании эффекта должны были бы поставить наблюдения, однако температуры известных астрономам чёрных дыр слишком малы, чтобы излучение от них можно было бы зафиксировать — массы дыр слишком велики. Поэтому до сих пор гипотеза не подтверждена наблюдениями.

Согласно общей теории относительности, при образовании Вселенной могли бы рождаться первичные чёрные дыры, некоторые из которых (с начальной массой 1012 кг) должны были бы заканчивать испаряться в наше время. Так как интенсивность испарения растёт с уменьшением размера чёрной дыры, то последние стадии должны быть по сути взрывом чёрной дыры. Пока таких взрывов зарегистрировано не было.

Известно о попытке исследования «излучения Хокинга» на основе модели — аналога горизонта событий для белой дыры, в ходе физического эксперимента, проведённого исследователями из Миланского университета.

В 2014 году Джефф Штейнхауэр из Израильского технологического института провёл эксперимент по моделированию излучения Хокинга в лаборатории с помощью звуковых волн.

Черные дыры не засасывают все вокруг

Раз уж у нас сегодня день разоблачения мифов о черных дырах, то вот вам еще: они не обязательно должны засасывать и расщеплять материю вокруг себя.

Черные дыры

Если вдруг вы станете вращаться вокруг черной дыры, то не спешите паниковать. Вас не обязательно должно засосать внутрь и разорвать на мельчайшие частицы. Центробежная сила постарается не дать вам закончить свое существование так жестоко, если вы, конечно, не будете ей мешать. Скорее всего, вы начнете тормозить, пытаясь выбраться, и вот это станет вашей фатальной ошибкой.

Тогда вы точно «провалитесь внутрь», и там с вами начнет происходить такое, что вы не сможете представить это даже в самых смелых фантазиях. Сначала ваша скорость начнет резко увеличиваться и будет делать это до тех пор, пока не достигнет около световой, ведь ОТО говорит, что быстрее двигаться уже нельзя.

Но почему нельзя? Потому что скорость света задает некий предел того, как быстро может происходить переход от причины к следствию. Представьте, что вы ждете поезд на станции. Вы не можете ехать на нем прямо сейчас, потому что он прибудет к вам только через несколько минут.

Черные дыры

Здесь все то же самое. Свет – это поезд, он везет информацию из квантового мира в два других. Пока она не «доедет», вы ничего не сможете с ней сделать. Потому что нельзя менять события до того, как они произойдут.

Но не зря именно в черной дыре возникают самые большие противоречия ОТО. Потому местная гравитация плевала на все ваши земные теории. Черная дыра вполне способна разогнать вас до скорости света, отодвигая ОТО куда-то на второй план.

Согласно Эйнштейну, после пересечения горизонта событий уже ничто не может вернуться назад, даже свет, так как для этого придется двигаться быстрее скорости света. Но вы же помните, что гравитация уже подвинула его теорию, поэтому вполне возможно, что, если вы можете достигнуть скорости света внутри черной дыры, то можете и преодолеть.

Противоречия касаются не только ОТО, но и квантовой теории, так как достижение скорости света нарушает передачу информации на квантовом уровне. Поэтому они обе вполне хорошо себя чувствуют в своих мирах, пока не сходятся в черной дыре, где гравитация смеется над ними обеими.

Черные дыры в космосе

Испарение черной дыры

Правильно ли я понял этот термин: испарение черной дыры происходит засчет поглащения антиматерии, путем расщепления вещества на границе горизонта черной дыры. То есть черная дыра теряет массу не засчет испарения свой массы\вещества, а засчет приобретения антиматерии, поглощение которой ее облегчает.

То есть, термин несколько путает читателей, будто бы черная дыра выбрасывает какое-то вещество. На самом деле она выбрасывает материю которая слишком близко подобралась к горизонту событий. Axet 18:54, 10 декабря 2009 (UTC)

Не совсем. Смысл в том, что квантовые поля в виде виртуальных частиц могут нарушать условия энергодоминантности, то есть обладать отрицательной энергией. Вот и получается, что внутрь ЧД течёт поток отрицательной энергии, переносимый полем, а наружу — положительной, которая далеко от ЧД выглядит (вроде как) как частицы соответствующего поля. —Melirius 20:30, 10 декабря 2009 (UTC)

Если честно, у меня этот пункт вызывает много вопросов:
Во-первых, если черная дыра фактически не излучает частицы, то вся её энергия находится внутри ее горизонта событий. За счет какой энергии возникает пара частица-античастица?
Во-вторых, почему считается что черная дыра может притянуть только античастицу? Может ли она поглотить частицу и отправить от себя античастицу?
В-третьих, почему поглощение античастицы приведет к уменьшению энергии покоя? Полная энергия частицы (античастицы) не зависит от её заряда. В случае аннигиляции внутри горизонта событий, вся высвободившаеся энергии должна остаться внутри черной дыры.
Алексей — Эта реплика добавлена участником 188.16.208.168 (о · в) 22:34, 29 сентября 2010 (UTC)

Излучение Хокинга приводит к вот какому внутреннему противоречию («парадокс Серебрянского»). Возьмём двух наблюдателей. Первый падает на чёрную дыру, второй смотрит на этот процесс с безопасного расстояния. Второй видит, что по мере приближения первого наблюдателя к чёрной дыре время наблюдателя замедляется вплоть до бесконечности. Однако, если допустить существование излучения Хокинга, то тогда время существования чёрной дыры оказывается пропорционально кубу массы. Сколь бы ни былы велико это время, оно существенно меньше бесконечности. Т.е. пока первый наблюдатель падал в чёрную дыру — она успела испариться! Получается, что ничто не может упасть в чёрную дыру (пересечь горизонт событий)! (Это, кстати, определение гипотетической «белой дыры».) Но тогда и излучения Хокинга не может быть, поскольку второй компаньон не может провалиться под горизонт. 178.49.129.17 14:14, 12 октября 2010 (UTC)

Не силён в софистике, но ЧД — это не то, что упало под горизонт, как это часто преподносят, а совокупность массы, которая непрерывно падает на горизонт, да и сам горизонт, вызванный этой самой массой, вечно падающей на него сверху. Другими словами, если траектория частицы идёт в направлении под горизонт, то её с некоторой натяжкой можно считать упавшей «под», когда частица лишь только летит вниз. 87.255.14.18 00:31, 27 декабря 2015 (UTC)

О вакууме и виртуальных частицах

В понимании квантовой теории поля вакуум – это вовсе не пустота, а особая среда (точнее, состояние материи), то есть поле, все квантовые параметры которого равны нулю. Энергия такого поля минимальна, однако не следует забывать о принципе неопределенности. В полном соответствии с ним вакуум проявляет спонтанную флуктуационную активность. Выражается она в энергетических колебаниях, что отнюдь не нарушает закона сохранения.

Чем выше пик энергетической флуктуации вакуума, тем короче ее длительность. Если подобное колебание будет иметь энергию 2mc2, достаточную для рождения пары частиц, они возникнут, но немедленно аннигилируют, не успев разлететься. Тем самым они погасят флуктуацию. Такие виртуальные частицы рождаются за счет энергии вакуума и возвращают ему эту энергию при своей гибели. Их существование подтверждено экспериментально, например, при регистрации знаменитого эффекта Казимира, демонстрирующего давление газа виртуальных частиц на макрообъект.

Для понимания излучения Хокинга важно, что частицы в подобном процессе (будь то электроны с позитронами или фотоны) рождаются обязательно парами, а их суммарный импульс равен нулю. Вооружившись флуктуациями вакуума в форме виртуальных пар, мы приблизимся к границе черной дыры и посмотрим, что же там происходит

Вооружившись флуктуациями вакуума в форме виртуальных пар, мы приблизимся к границе черной дыры и посмотрим, что же там происходит.

Что такое «Звуковая черная дыра»

Много лет назад физик-теоретик Билл Унру утверждал, что идеи Хокинга о горизонтах событий черных дыр должны также применяться к «звуковым горизонтам». Звуковой горизонт — это, грубо говоря, аналог горизонта событий, применяемый к звуковым волнам с той лишь разницей, что в черных дырах в качестве единицы измерения скорости используется скорость света, а в «звуковых черных дырах» — скорость звука.

В 2016 году Джефф Штайнхауэр из Техниона (Израильского технологического института) в городе Хайфе, Израиль, в одном из экспериментов воссоздал условия для возникновения того самого «звукового горизонта», ускоряя жидкость из атомов рубидия-87 до сверхзвуковой скорости. В том же году удалось обнаружить и аналог Излучения Хокинга. Квантовые единицы звука, названные фононами, появлялись парами, и один фонон направлялся по течению движущейся жидкости, в то время как другой уходил вверх по течению и «убегал».

Теперь, спустя три года, усовершенствованный аппарат позволил «проверить предсказания Хокинга». В своей новой работе Штайнхауэр и трое его сотрудников обнаружили, что их звуковое излучение не несет информации.

Сравнение «звуковой» и «космической» черных дыр

Ключевой вопрос заключается в том, можно ли рассматривать пространство-время на горизонте событий черной дыры как непрерывное. Новые данные подтверждают, что в случае с жидкостью, течение которой, как известно, непрерывно, парадокс все еще сохраняется, так как энергия «звуковой черной дыры», уменьшаясь, приводит к потере информации.

Но есть большая загвоздка: условие, выполнимое для жидкостей, может не работать для пространства-времени, которое не обязательно может иметь непрерывный ход в области горизонта событий черной дыры. Наличие «прерываемого» течения времени в области горизонта событий могло бы объяснить парадокс, связанный с потерей информации, ведь в этом случае пары частиц, образующиеся в результате Излучения Хокинга, не исчезают бесследно, а просто «переходят на другой уровень» пространства-времени.

Таким образом, если удастся смоделировать «прерывистое» течение в рамках экспериментов со «звуковой черной дырой», мы сможем разрешить парадокс, связанный с исчезновением информации, возникающей в области горизонта событий черных дыр.

Обсудить эту и другие новости вы можете в нашем чате в Телеграм.

Черные дыры и их горизонты

Представим себе некоторую область пространственно-временного континуума, занятую физическим телом, например, звездой. Если эта область характеризуется таким соотношением радиуса и массы, при котором гравитационное искривление континуума не позволяет чему бы то ни было (даже световому лучу) покинуть ее, такая область называется черной дырой. В некотором смысле это действительно дыра, провал в континууме, как его часто изображают на иллюстрациях, используя двумерное представление пространства.

Однако нас в данном случае будет интересовать не зияющая глубина этого провала, а граница черной дыры, называемая горизонтом событий

В рамках рассмотрения вопроса об излучении Хокинга важной особенностью горизонта является то, что пересечение этой поверхности навсегда и полностью отделяет любой физический объект от внешнего пространства

Книга «Черные дыры и молодые вселенные»

Бестселлер The New York Times «Черные дыры и молодые вселенные» проливает новый свет на тайну вселенной благодаря одному из самых ярких мыслителей нашего времени. В этом произведении, состоящем из тринадцати очерков и одного замечательного расширенного интервью, человек, которого многие считают наиболее выдающимся физиком-теоретиком со времени Эйнштейна, открывает удивительный набор возможностей для понимания нашей вселенной.

Основываясь на своей ранней работе, Хокинг обсуждает воображаемое время, то, как черные дыры могут породить молодые вселенные, и усилия ученых, направленные на поиск полной единой теории, которая предсказывала бы все во вселенной. С его характерным владением языком, его чувством юмора и приверженностью простодушным выражениям Стивен Хокинг приглашает нас узнать его поближе и делится своей страстью к путешествию интеллекта и воображения, которое открыло новые способы понимания самой природы космоса.

Теория струн и «пушистые комки»

Чтобы объяснить свои допущения математически, Матур опирался на теоретические наработки теории струн, согласно которой все частицы во Вселенной состоят из крошечных одномерных струн, которые вибрируют и взаимодействуют между собой, создавая окружающий нас мир.

(Эта идея сама по себе противоречива, поскольку никто пока не наблюдал струну. Тем не менее теория струн предлагает массу удобных решений некоторым необъяснимым явлениям и обеспечивает удобный математический аппарат).

Черные дыры Матура по сути являются гигантскими шарообразными скоплениями струн. Поэтому теоретически, когда объект касается поверхности этого «пушистого комка», его масса преобразуется в свет, создавая голографическую копию предыдущего состояния. Впрочем, другие теоретики струн не согласны с такой трактовкой.

Продолжая логику Матура, группа физиков Калифорнийского университета в 2012 году предположила, что все, что упадет на поверхность «пушистого комка», немедленно «сгорит в огне» и умрет. Теория такого «файрвола» разделила научное сообщество на сторонников пушистых комков и сторонников файрвола.

Единственным способом решить это был бы научный эксперимент.

Ускорители частиц сталкивают частицы вместе почти на скорости света, и это может воссоздать экстремальные условия, которые напомнят раннюю Вселенную. Сможет ли самый мощный ускоритель в CERN произвести черные дыры, пока неизвестно наверняка.

Несмотря на это, группа ученых, поддерживающих идеи Матура, растет по всему миру. Чем дальше в лес, тем больше шансов, что мы что-то да узнаем.

Интересные факты

• Многие люди опасаются, что на Большом Адронном Коллайдере (БАК) могут образоваться черные дыры, и, вероятно, привнести угрозу в жизнь землян. Рождение черных дыр на БАК возможно только в случае существования дополнительных измерений пространства-времени и наличия мощного гравитационного взаимодействия на малых расстояниях. Однако сформированная таким образом микроскопическая черная дыра мгновенно испарится за счет излучения Хокинга.
• На основе излучения Хокинга может работать сингулярный реактор или коллапсарный реактор – гипотетическое устройство, порождающее микроскопические черные дыры. Энергия излучения, образованного в результате их испарения, и будет основным источником энергии реактора.

Хотя Большой Адронный Коллайдер и выглядит грозно, из-за излучения Хокинга бояться его нечего

Опубликовав свою работу по излучению черных дыр, Стивен Хокинг поспорил с другим известным ученым – Кипом Торном. Предметом спора стала природа объекта, претендующего на звание черной дыры, под названием Лебедь Х-1. Несмотря на то, что работа Хокинга основывалась на предположении о существовании черных дыр, он утверждал, что Лебедь Х-1 не является черной дырой. Примечательно, что в качестве ставок выступали подписки на журналы. Ставка Торна представлялась в виде 4-хгодовой подписки на сатирический журнал «Private eye», тогда как ставка Хокинга – годовая подписка на эротический журнал «Пентхауз». Логику своего утверждения в споре, Стивен аргументировал следующим: «даже если я окажусь не прав, утверждая о существовании черных дыр, то хоть выиграю подписку на журнал»

Излучение Хокинга

В отличие от советских физиков, описание излучения Стивеном Хокингом основывается на абстрактных, виртуальных частицах, которые являются неотъемлемой частью квантовой теории поля. Британский физик-теоретик рассматривает спонтанное возникновение этих виртуальных частиц на горизонте событий черной дыры. В таком случае мощное гравитационное поле черной дыры способно «растащить» виртуальные частицы еще до момента их уничтожения, тем самым превратив их в реальные. Подобные процессы экспериментально наблюдаются на синхрофазотронах, где ученым удается растаскивать эти частицы, при этом затрачивая некоторое количество энергии.

С точки зрения физики, возникновение реальных частиц, имеющих массу, спин, энергию и прочие характеристики, в пустом пространстве «из ничего» противоречит закону сохранения энергии, а значит просто невозможно. Поэтому для «превращения» виртуальных частиц в реальные потребуется энергия, не меньше, чем суммарная масса этих двух частиц, согласно известному закону E=mc2. Такой запас энергии затрачивает и черная дыра на то, чтобы растащить виртуальные частицы на горизонте событий.

В результате процесса растаскивания одна из частиц, находящаяся ближе к горизонту событий или даже под ним, «превращается» в реальную, и направляется в сторону черной дыры. Другая же, в обратном направлении отправляется в свободное плаванье по космическому пространству. Проведя математические подсчеты, можно убедиться в том, что даже, несмотря на полученную энергию (массу) от частицы, упавшей на поверхность черный дыры, энергия, потраченная черной дырой на процесс растаскивания — отрицательная. То есть, в конечном счете, в результате описанного процесса, черная дыра лишь утратила некоторый запас энергии, который, причем, в точности равен энергии (массе), которой обладает улетевшая «наружу» частица.

Таким образом, согласно описанной теории, черная дыра хоть и не излучает никаких частиц, но способствует такому процессу и теряет эквивалентную энергию. Следуя уже упомянутому закону Эйнштейна об эквивалентности массы и энергии, становится ясно, что черной дыре неоткуда брать энергию, кроме как из собственной массы.

Даже самые массивные черные дыры рано или поздно исчезнут

Подводя итог всего вышеописанного, можно сказать, что черная дыра излучает частицу и при этом теряет некоторую массу. Последний процесс был назван как «испарение черной дыры». Исходя из теории об излучении Хокинга, можно догадаться, что спустя некоторое время, хотя и очень длительное (триллионы лет), черные дыры просто испарятся.

Интересные факты

• Многие люди опасаются, что на Большом Адронном Коллайдере (БАК) могут образоваться черные дыры, и, вероятно, привнести угрозу в жизнь землян. Рождение черных дыр на БАК возможно только в случае существования дополнительных измерений пространства-времени и наличия мощного гравитационного взаимодействия на малых расстояниях. Однако сформированная таким образом микроскопическая черная дыра мгновенно испарится за счет излучения Хокинга.
• На основе излучения Хокинга может работать сингулярный реактор или коллапсарный реактор – гипотетическое устройство, порождающее микроскопические черные дыры. Энергия излучения, образованного в результате их испарения, и будет основным источником энергии реактора.

Хотя Большой Адронный Коллайдер и выглядит грозно, из-за излучения Хокинга бояться его нечего

Опубликовав свою работу по излучению черных дыр, Стивен Хокинг поспорил с другим известным ученым – Кипом Торном. Предметом спора стала природа объекта, претендующего на звание черной дыры, под названием Лебедь Х-1. Несмотря на то, что работа Хокинга основывалась на предположении о существовании черных дыр, он утверждал, что Лебедь Х-1 не является черной дырой. Примечательно, что в качестве ставок выступали подписки на журналы. Ставка Торна представлялась в виде 4-хгодовой подписки на сатирический журнал «Private eye», тогда как ставка Хокинга – годовая подписка на эротический журнал «Пентхауз». Логику своего утверждения в споре, Стивен аргументировал следующим: «даже если я окажусь не прав, утверждая о существовании черных дыр, то хоть выиграю подписку на журнал»

Конец Черной Дыры

До появления гипотезы Хокинга черные дыры считались конечным этапом жизни некоторых звезд. Когда в недрах подобных звезд прекращается ядерный синтез, происходит гравитационный коллапс. Звезда быстро сжимается в небольшой объект, имеющий огромную плотность. Этот объект имеет настолько сильное гравитационное поле, что ничто, даже свет, не способно преодолеть его. Так рождается черная дыра. Граница, за которой находится некая «точка невозврата» любого материального тела, получила название горизонт событий черной дыры. Никто и ничто не способно вернуться назад, преодолев эту границу.

Пространство вокруг черных дыр, особенно в бинарных системах, просто кипит от разного рода катастрофических событий. Часто астрономы фиксируют мощные гамма-всплески, возникающие в процессе падения материи в черную дыру. Но центральный объект, сама черная дыра, казалось незыблемой. Она могла только расти. И никогда не уменьшаться. Она казалась вечной.

В своей статье «Взрывы черных дыр?», опубликованной в 1974 году в журнале «Nature», молодой Хокинг предположил, что квантовые эффекты, обычно игнорируемые при описании физики черных дыр, могут нести ответственность за уменьшение массы подобных объектов. И по мере уменьшения массы черной дыры влияние этих квантовых эффектов будет увеличиваться. Что приведет к еще более быстрой потере массы.

Так как же происходит потеря массы черной дыры? Ведь выше было сказано, что ничто не может ее покинуть? Да, действительно это так. Но все же одно не противоречит другому. Все дело в квантовой физике. Которая предполагает существование так называемых «виртуальных частиц». Что же это за частицы такие? Давайте разберемся.