В 1974 году Стивен Хокинг предложил, что черные дыры в конечном итоге испарятся через так называемое излучение Хокинга. Это явление, вытекающее из квантовой механики, включает в себя создание пар световых частиц (фотонов), которые возникают вокруг чрезвычайно мощных гравитационных полей черных дыр, вблизи горизонта событий. Это приводит к постепенной потере энергии и, в конечном итоге, к испарению черной дыры.
Недавно исследователи из Университета Радбоуда в Нидерландах предложили радикальный пересмотр теории, заставив научное сообщество поколебаться в своей уверенности. Новое исследование предполагает, что излучение Хокинга может создаваться не только за счет отбора энергии у черных дыр, но и у всех объектов с достаточной массой. В конце концов, тогда все во Вселенной испарится. Работа команды опубликована в журнале .
Гораздо более мощная теория, чем ожидалось
Чтобы прийти к такому расширению теории Стивена Хокинга, авторы сначала использовали хитроумную комбинацию некоторых элементов квантовой физики и теории Эйнштейна о гравитации. Они изучили, что происходит, если в среде черных дыр создаются пары частиц и античастиц. Исследование показало, что новые частицы могут быть созданы и далеко за пределами этого горизонта.
Во-вторых, команда применила концепцию эффекта Швингера к теории Хокинга. Это явление в квантовой физике, когда интенсивное электрическое поле может создавать пары частиц и античастиц. Исследователи изучили, могут ли подобные явления происходить в интенсивных гравитационных полях вокруг черных дыр.
Затем они создали математическую модель, которая воспроизводит излучение Хокинга в пространствах, подверженных определенному диапазону сил гравитационного поля. Согласно их новой теории, горизонт событий не является необходимым для того, чтобы энергия медленно уходила из массивного объекта в виде света; гравитационное поле объекта достаточно само по себе.
На самом деле, квантовые флуктуации, которые вторгаются в пустое пространство, спонтанно порождают пары частиц и античастиц. Обычно эти пары аннигилируют так быстро, что их существование становится виртуальным. Но мощное поле может разделить членов пары достаточно надолго, чтобы их существование стало реальным и чтобы они смогли покинуть черную дыру, что приведет к ее испарению.
Это означает, что кривизна пространства-времени играет важную роль в создании излучения далеко за пределами черной дыры. Другими словами, создание частиц зависит только от растяжения пространства-времени, вызванного искривленным гравитационным полем, и не требует наличия горизонта событий, как первоначально предполагал Хокинг.
Универсальное конечное испарение?
Однако не совсем ясно, что в действительности подразумевает пересмотренная теория. Возможно, что со временем материя, из которой состоят звезды, нейтронные звезды и планеты, претерпит энергетический переход в беспрецедентное состояние сверхнизкой энергии. Этого может быть достаточно, чтобы вся материя сколлапсировала в черные дыры, которые продолжат медленно излучать свет, пока тоже не исчезнут бесследно.
К сожалению (или к счастью, в зависимости от вашей точки зрения на испарение), это все домыслы, которые ждут подтверждения. Чтобы определить, является ли это верным предсказанием конечной судьбы Вселенной, физикам нужно будет обнаружить некоторое производство излучения Хокинга вокруг гравитационно плотных объектов — как вокруг черных дыр, так и вокруг планет, звезд или нейтронных звезд, если всему суждено исчезнуть во вспышке холодного света.
Соавтор работы Хайно Фальке отмечает в пресс-релизе: «Это означает, что объекты без горизонта событий, такие как остатки мертвых звезд и другие крупные объекты во Вселенной, также обладают этим типом излучения. И через очень длительный период это приведет к испарению всего во Вселенной, подобно черным дырам. Это меняет не только наше понимание излучения Хокинга, но и наше видение Вселенной и ее будущего».
Это расширение знаменитой теории Хокинга предлагает увлекательный взгляд на будущее Вселенной. Прежде всего, это прекрасный пример того, что в космосе нет ничего постоянного, и что даже самые устоявшиеся и уважаемые идеи могут быть подвергнуты сомнению и значительно расширены.