Излучение Хокинга

Черные дыры сложно обнаружить. Первые свидетельства их существования начали появляться с 1971 года. И вскоре английский физик Стивен Хокинг осознал, что физика черных дыр подходит для изучения относительности и квантовой физики одновременно.

Еще в XVIII веке французский ученый-энциклопедист Пьер-Симон Лаплас предположил существование «corps obscure» — космических объектов, притяжение которых столь велико, что убежать от них можно лишь со скоростью выше скорости света. В современной терминологии это означает, что даже свет не может вырваться из этого гравитационного колодца, и, как результат, во Вселенной формируются в подлинном смысле этого слова черные дыры.

Предполагаемое Стивеном Хокингом излучение черных дыр пока еще экспериментально не наблюдалось. Однако оно приводит ученых к мысли, что черные дыры могут «испаряться».

В 1915 году Карл Шварцшильд рассчитал, насколько малым должно быть космическое тело заданной массы, чтобы вторая космическая скорость на поверхности равнялась скорости света. Соответственно, радиус такого тела стал называться радиусом Шварцшильда, или гравитационным радиусом, и для тела земной массы он составил 9 мм (0,35 дюйма).

Если нашу Землю сжать до таких размеров, то она станет гравитационным колодцем, но настоящие черные дыры могут быть даже плотнее. Они формируются, когда огромные звезды коллапсируют под действием сил гравитации буквально в песчинку. Такие компактные объекты получаются достаточно массивными, чтобы в соответствии с теорией относительности Эйнштейна искажать пространство-время, однако они и достаточно малы, чтобы подчиняться законам квантовой физики.

Черные дыры затягивают в себя всю окружающую материю, «выметая» ее из пространства. Когда материя затягивается за горизонт событий, она сильно разогревается, давая исследователям возможность увидеть в принципе невидимый объект

Наверное, вы уже решили, что если что-то пересечет «горизонт событий» и упадет в черную дыру, то уже никогда не вернется обратно. Однако в 1974 году Стивен Хокинг предположил обратное. Действующее в квантовом мире соотношение неопределенностей делает возможным на очень короткое время (~10^{-43 сек}) существование виртуальных частиц и античастиц, которые непрерывно образуются, а затем аннигилируют друг с другом. Если пара виртуальных частиц образуется на горизонте событий, то она неизбежно будет разделяться силами гравитации. Одна из частиц будет затягиваться в черную дыру, а другая — выбрасываться наружу, образуя излучение Хокинга. Даже черные дыры могут «испаряться», теряя по этому механизму массу.