Излучение Хокинга Материал из Википедии — свободной энциклопедии
Излуче́ние Хо́кинга — процесс испускания разнообразных элементарных частиц, преимущественно фотонов, чёрной дырой. В силу закона сохранения энергии, этот процесс должен сопровождаться уменьшением массы чёрной дыры, то есть её «испарением». Предсказан теоретически Стивеном Хокингом в 1974 году[1]. Работе Хокинга предшествовал его визит в Москву в 1973 году, где он встречался с советскими учеными Яковом Зельдовичем и Алексеем Старобинским. Они продемонстрировали Хокингу, что в соответствии с принципом неопределенности квантовой механики вращающиеся чёрные дыры должны порождать и излучать частицы[2].
Испарение чёрной дыры — чисто квантовый процесс. Дело в том, что понятие о чёрной дыре как объекте, который ничего не излучает, а может лишь поглощать материю, справедливо до тех пор, пока не учитываются квантовые эффекты. В квантовой же механике, благодаря туннелированию, появляется возможность преодолевать потенциальные барьеры, непреодолимые для неквантовой системы.
В случае чёрной дыры ситуация выглядит следующим образом. В квантовой теории поля физический вакуум наполнен постоянно рождающимися и исчезающими флуктуациями различных полей (можно сказать и «виртуальными частицами»). В поле внешних сил динамика этих флуктуаций меняется, и если силы достаточно велики, прямо из вакуума могут рождаться пары частица-античастица. Такие процессы происходят и вблизи (но всё же снаружи) горизонта событий чёрной дыры. При этом возможен случай, когда полная энергия античастицы оказывается отрицательной, а полная энергия частицы — положительной. Падая в чёрную дыру, античастица уменьшает её полную энергию покоя, а значит и массу, в то время как частица оказывается способной улететь в бесконечность. Для удалённого наблюдателя это выглядит как излучение чёрной дыры.
Важным является не только факт излучения, но и то, что это излучение имеет тепловой спектр (для безмассовых частиц). Это значит, что излучению вблизи горизонта событий чёрной дыры можно сопоставить определённую температуру
T_{BH}={\hbar\,c^3\over8\pi k\,G M},
где \hbar — постоянная Планка, c — скорость света в вакууме, k — постоянная Больцмана, G — гравитационная постоянная, и, наконец, M — масса чёрной дыры. Развивая теорию, можно построить и полную термодинамику чёрных дыр.
Однако такой подход к чёрной дыре оказывается внутренне противоречивым и приводит к проблеме исчезновения информации в чёрной дыре. Причиной этого является отсутствие успешной теории квантовой гравитации. Существование излучения Хокинга предсказывается не всеми квантовыми теориями[3] и даже оспаривается рядом исследователей[4].
Точку в споре о существовании эффекта должны поставить наблюдения, однако температуры известных астрономам чёрных дыр слишком малы, чтобы излучение от них можно было зафиксировать — массы дыр слишком велики. Поэтому до сих пор эффект не подтверждён наблюдениями (2009 год). Согласно ОТО, при образовании Вселенной могли бы рождаться первичные чёрные дыры, некоторые из которых (с начальной массой 1012 кг) должны заканчивать испаряться в наше время[5]. 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.
[править] Интересные факты
* Излучение Хокинга — главный аргумент учёных относительно распада (испарения) небольших чёрных дыр, которые теоретически могут возникнуть в ходе экспериментов на БАК.[6]
[править] Примечания и ссылки
1. ↑ S. W. Hawking. Particle Creation by Black Holes Comm. Math. Phys. 43 (1975) 199—220.
2. ↑ Stephen Hawking. A Brief History of Time, Bantam Books, 1988.
3. ↑ Adam D. Helfer. Do black holes radiate? Rept. Prog. Phys. 66 (2003) 943—1008; arXiv:gr-qc/0304042v1.
4. ↑ V. A. Belinski. On the existence of black hole evaporation yet again Phys. Lett. A 354 (2006) 249—257; arXiv:gr-qc/0607137.
5. ↑ KВАНТОВЫЕ ЧЕРНЫЕ ДЫРЫ. Физика. В МИРЕ НАУКИ
6. ↑ Ответы профессора Университетского колледжа Лондона Джонатан Батерворс на вопросы читателей bbcrussian.com о Большом адронном коллайдере
