Долгое время черные дыры воспринимались как космические «конечные станции» — бездонные провалы, где материя и энергия исчезают навсегда. Однако революционная теория Стивена Хокинга оспорила это представление, предположив, что черные дыры могут медленно испаряться. Новейшие исследования развивают эту идею дальше, указывая на то, что процесс испарения может быть универсальной судьбой не только для черных дыр, но и для всех массивных объектов во Вселенной.
В 1974 году Стивен Хокинг выдвинул гипотезу, согласно которой черные дыры в конечном итоге испаряются благодаря явлению, получившему название «излучение Хокинга». Этот процесс, основанный на принципах квантовой механики, связан с рождением пар виртуальных частиц (например, фотонов) вблизи горизонта событий черной дыры. Мощное гравитационное поле может разделить эти пары, позволяя одной частице улететь в космос, а другой — поглотиться дырой. Это приводит к постепенной потере массы и энергии черной дырой, что в перспективе ведет к её полному испарению.
Недавно ученые из Университета Радбауд в Нидерландах предложили радикальный пересмотр этой теории, что вызвало оживленные дискуссии в научном сообществе. Их исследование предполагает, что излучение, аналогичное излучению Хокинга, может возникать не только у черных дыр, но и у любых объектов, обладающих достаточной массой. Если эта гипотеза верна, то в далеком будущем испариться может всё сущее. Работа команды была опубликована в авторитетном журнале «Physical Review Letters».
Теория, превзошедшая ожидания
Для расширения теории Хокинга исследователи применили комбинацию методов квантовой физики и общей теории относительности Эйнштейна. Они детально изучили процесс рождения пар частиц и античастиц в условиях экстремальной гравитации. Удивительно, но их расчеты показали, что подобные частицы могут возникать даже за пределами горизонта событий черной дыры.
Во-вторых, команда интегрировала в свою модель так называемый эффект Швингера — квантово-физическое явление, при котором мощное электрическое поле способно порождать пары частиц и античастиц из вакуума.
Обратите внимание: Японцы хотят уничтожать космический мусор с помощью плазменной пушки.
Ученые задались вопросом: может ли аналогичный процесс происходить под воздействием не электрических, а сверхсильных гравитационных полей?Разработанная ими математическая модель продемонстрировала, что излучение Хокинга может возникать в космосе при определенной интенсивности гравитационного поля. Согласно новой теории, ключевую роль играет не сам горизонт событий, а именно искривление пространства-времени, создаваемое массивным объектом. Этого гравитационного поля достаточно для того, чтобы энергия медленно покидала объект в форме света.
Механизм таков: квантовые флуктуации в вакууме постоянно рождают виртуальные пары частиц и античастиц. Обычно они почти мгновенно аннигилируют. Однако мощное гравитационное поле может разорвать такую пару, разделив частицы прежде, чем они успеют уничтожить друг друга. Если одна из частиц получает достаточную энергию, чтобы преодолеть гравитационное притяжение, она улетает в космос, унося с собой часть массы исходного объекта. Это и приводит к его постепенному «испарению».
Принципиальная схема механизма образования гравитационных частиц. Скорость рождения частиц максимальна на малых расстояниях, а вероятность побега (представленная увеличивающимся конусом побега (белый)) максимальна на больших расстояниях. Таким образом, решающим фактором становится кривизна пространства-времени, вызванная гравитацией. Рождение реальных частиц возможно далеко за пределами черной дыры и зависит исключительно от степени этого искривления, что является значительным отходом от первоначальной идеи Хокинга, жестко привязанной к горизонту событий.
Универсальная судьба: испарение всего?
Однако последствия пересмотренной теории пока не до конца ясны. Возможно, со временем вещество, из которого состоят звезды, нейтронные звезды и даже планеты, перейдет в уникальное сверхнизкоэнергетическое состояние. Этого может быть достаточно, чтобы вся материя в конечном итоге коллапсировала в черные дыры, которые затем продолжат медленно излучать, пока и сами не исчезнут.
Пока что эти идеи остаются теоретическими и требуют экспериментального подтверждения. Чтобы проверить, действительно ли Вселенной уготована такая судьба, физикам необходимо обнаружить излучение Хокинга не только у черных дыр, но и у других гравитационно-плотных объектов, таких как останки звезд или массивные планеты. Если излучение будет найдено и у них, это станет серьезным аргументом в пользу универсальности процесса испарения.
Как отмечает соавтор исследования Хайно Фальке 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. В конечном счете, это может привести к испарению всего во Вселенной», подобно черным дырам. Данное открытие меняет не только наше понимание излучения Хокинга, но и всю картину будущего Вселенной.
Расширение знаменитой теории Хокинга дает нам захватывающее и в то же время пугающее представление о космических перспективах. Оно служит ярким напоминанием о том, что в науке нет ничего незыблемого: даже самые устоявшиеся и уважаемые концепции могут быть переосмыслены и значительно дополнены, открывая новые горизонты для познания.
Больше интересных статей здесь: Новости науки и техники.
Источник статьи: Во Вселенной черные дыры уже давно считаются конечными явлениями, бездонными ямами, где материя и энергия исчезают навсегда.