Излучение Хокинга

Излучение Хокинга (испарение чёрных дыр) — гипотетический процесс излучения чёрной дырой разнообразных элементарных частиц, преимущественно фотонов. Назван в честь Стивена Хокинга. Механизм возникновения: из-за принципа неопределённости в пространстве постоянно образуются виртуальные пары частица-античастица. Когда такая пара возникает вблизи горизонта событий чёрной дыры, одна из виртуальных частиц захватывается дырой и исчезает для внешнего мира, а другая уходит на бесконечность и становится частью излучения Хокинга. В силу закона сохранения энергии эта частица уносит с собой часть энергии чёрной дыры, которую гравитационное поле затратило на разделение пары. Таким образом формируется поток энергии от чёрной дыры, сопровождающийся потерей её массы. Теория Излучение Хокинга — квантовый процесс. 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 механике благодаря туннелированию появляется возможность преодолевать потенциальные барьеры, непреодолимые для неквантовой системы. Некоторые особенности теории: Излучение Хокинга не возникает потому, что частица выходит из самой чёрной дыры, а работает благодаря процессу рождения частиц рядом с горизонтом событий. Чем меньше масса, тем сильнее гравитационное поле у горизонта относительно размеров квантовых флуктуаций, и тем интенсивнее излучение. Излучение Хокинга ведёт к тому, что со временем чёрная дыра испаряется. Причём, чем меньше сверхплотный объект, тем быстрее это произойдёт. Расчёт На основе спектра излучения абсолютно чёрного тела получен закон испарения, который утверждает, что скорость испарения чёрной дыры обратно пропорциональна квадрату её массы. Для чёрных дыр астрономических масштабов потеря массы за счёт излучения Хокинга за всё время жизни Вселенной пренебрежимо мала (около 10–18 массы чёрной дыры с солнечной массой). Только для чёрных дыр малой массы (первичные чёрные дыры с массами в несколько десятков планковских масс) эффекты, связанные с испарением, становятся существенными. Экспериментальные подтверждения Зафиксировать излучение напрямую от известных кандидатов в чёрные дыры невозможно. Поэтому учёные используют модельные объекты — аналоговые чёрные дыры. Например: В 2008 году физики моделировали волны хокинговского излучения с помощью волн в бассейне, распространявшихся против сильного течения. В 2016 году физик Джефф Штейнхауэр создал «глухую дыру» — акустический аналог чёрной дыры. Наблюдая за поведением «глухой дыры», учёный обнаружил, что на специальной границе, за которую не могут распространяться колебания материи «глухой дыры», рождаются пары квантов колебаний, движущихся в разные стороны. Однако существование аналога излучения Хокинга у аналоговой чёрной дыры не означает, что и у астрофизических чёрных дыр есть такое же свойство. Единственная возможность зафиксировать излучение напрямую — наблюдение миниатюрных чёрных дыр, существовавших в ранней Вселенной. Критика Существование излучения Хокинга предсказывается не всеми квантовыми теориями гравитации и оспаривается рядом исследователей. Некоторые проблемы: Проблема трансплацковской физики — частицы излучения Хокинга, отслеживаемые назад во времени к горизонту событий, должны иметь невообразимо высокие энергии — выше планковского предела, где известные законы физики перестают работать. Некоторые исследователи указывают, что это может полностью изменить картину излучения или вовсе его отменить. Альтернативные теории — существуют концепции, которые либо модифицируют излучение Хокинга, либо полностью его отрицают. Например, концепция грвазвёзд (gravastars) и других экзотических объектов, которые внешне неотличимы от чёрных дыр, но не имеют горизонта событий. Если горизонта нет, то и механизму Хокинга неоткуда взяться.