, Чорною діркою . В силу енергії і" http://ua.wikipedia.org/wiki/%D0%97%D0%B0%D0%BA%D0%BE%D0%BD_%D1%81%D0%BE%D1 %85%D1%80%D0%B0%D0%BD%D0%B5%D0%BD%D0%B8%D1%8F_%D1%8D%D0%BD%D0%B5%D1%80%D0%B3 %D0%B8%D0%B8">закону збереження енергії та , цей процес супроводжується зменшенням маси чорної дірки, Т. е. її «випаром». Передбачено теоретично Стівеном Хокінгом у році. Роботі Хокінга передував його візит до Москви в 1973 році, де він зустрічався з радянськими вченими Яковом Зельдовичем та Олександром Старобінським. Вони продемонстрували Хокінгу, що відповідно до принципу невизначеності квантової механікичорні діри, що обертаються, повинні породжувати і випромінювати частки.

Випаровування чорної діри - чисто квантовий процес. Справа в тому, що поняття про чорну дірку як об'єкт, який нічого не випромінює, а може лише поглинати матерію, справедливе доти, доки не враховуються квантові ефекти. У квантовій же механіці, завдяки тунелюванню, з'являється можливість долати Потенційний бар'єр. %D1%86%D0%B8%D0%B0%D0%BB%D1%8C%D0%BD%D1%8B%D0%B9_%D0%B1%D0%B0%D1%80%D1%8C%D0 %B5%D1%80">потенціальні бар'єри, непереборні для неквантової системи.

У разі чорної діри ситуація виглядає в такий спосіб. У квантовій теорії поля фізичний вакуум наповнений флуктуаціями різних полів, що постійно народжуються і зникають (можна сказати і «віртуальними частинками»). У полі зовнішніх силдинаміка цих флуктуацій змінюється, і якщо сили досить великі, прямо з вакууму можуть народжуватися пари-частинка. Такі процеси відбуваються і поблизу (але все ж таки зовні) горизонту подій чорної дірки. При цьому можливий випадок, коли повна енергія античастинки виявляється негативною, а повна енергія частинки - позитивної. Падаючи в чорну дірку, античастка зменшує її повну енергію спокою, а значить і масу, у той час як частка виявляється здатною полетіти в нескінченність. Для віддаленого спостерігача це схоже на випромінювання чорної діри.

Важливим є факт випромінювання, а й те, що це випромінювання має тепловий спектр . Це означає, що випромінювання поблизу горизонту подій чорної діри можна порівняти певну температуру.

де - постійна Планка, c- швидкість світла у вакуумі, k- Постійна Больцмана, G- гравітаційна стала, і, нарешті, M- Маса чорної дірки. Розвиваючи теорію, можна побудувати і повну термодинаміку чорних дірок.

Однак такий підхід до чорної діри виявляється у суперечності з квантовою механікою і призводить до проблеми зникнення інформації в чорної дірі.

До цього часу ефект не підтверджений спостереженнями. Згідно з ОТО, при утворенні Всесвіту мали народитися первинні чорні дірки, деякі з яких (з початковою масою 10 12 кг) повинні закінчувати випаровуватися в наш час. Оскільки інтенсивність випаровування зростає зі зменшенням розміру чорної діри, то останні стадії мають бути по суті вибухом чорної діри. Поки що таких вибухів зареєстровано не було.

Експериментальне підтвердження

Дослідники з університету Мілана (University of Milan) стверджують, що їм вдалося спостерігати ефект радіації Хокінга, створивши антипод чорної дірки – так звану білу дірку. На відміну від білої дірки, що «засмоктує» ззовні всю матерію та випромінювання, біла діраповністю зупиняє світло, що у неї, створюючи, в такий спосіб, кордон, горизонт подій. В експерименті роль білої діри грав кристал кварцу, що має певну структуру і поміщений у особливі умови, усередині якого відбувалася повна зупинка фотонів світла Висвітлюючи світлом інфрачервоного лазеравищезгаданий кристал, вчені виявили та підтвердили існування ефекту перевипромінювання, радіації Хокінга.

Фізик Джефф Штейнхауер (Jeff Steinhauer) з Ізраїльського технологічного інститутуу Хайфі зафіксував випромінювання, передбачене Стівеном Хокінгом ще 1974 року. Вчений створив акустичний аналог чорної дірки та показав в експериментах, що від неї виходить випромінювання, що має квантову природу. Стаття опублікована в журналі Nature Physics, коротко про дослідження повідомляє ВВС News.
...Зафіксувати це випромінювання на справжній чорній дірі поки неможливо, оскільки воно занадто слабке. Тому Штейнхауер використав її аналог - так звану «глуху дірку». Для моделювання горизонту подій чорної діри він узяв конденсат Бозе-Ейнштейна з охолоджених до близьких до абсолютному нулютемператур атомів рубідії.
Швидкість поширення звуку в ньому дуже мала – близько 0,5 мм/сек. І якщо створити кордон, з одного боку, від якого атоми рухаються з дозвуковою швидкістю, а з іншого - прискорюються до надзвукової швидкості, то ця межа буде аналогічна горизонту подій чорної діри. Кванти атомів - в даному випадкуфонони - в експерименті захоплювалися областю із надзвуковою швидкістю. Пари фононів були розірвані, один перебував на одній області, а другий - на другий. Зафіксовані вченим кореляції говорять про те, що частки виявляються квантово заплутаними.

Проблема баріонної симетрії давно займає фізиків, оскільки без такої асиметрії існування зірок, планет, людей та багато іншого було б неможливим. Текст відповідної роботи доступний на сервері препринтів Корнельського університету.

З наявних уявлень про закони природи неясно, як у ній могло виникнути переважання речовини над антиречовиною, що явно спостерігається. У той же час питання це явно ключове для еволюції Всесвіту у відомому нам вигляді. Якби не було звичайної речовини набагато більше, кожен антиатом прореагував би з атомом, і весь Всесвіт перетворився б на гамма-фотони, з яких, зрозуміло, не могли б виникнути. небесні тіла.

Автори розглядають можливі наслідкирозпаду первинних чорних дірок для балансу речовини та антиречовини у ранньому Всесвіті. Первинними чорними дірками називають досі не відкриті, але постуловані поруч наукових групоб'єкти, які мають масу сильно менше однієї сонячної і, як вважається, виникли в першу секунду після Великого вибуху.

Такі чорні дірки, якщо вони мають досить низьку масу, повинні швидко випаровуватися (великі чорні дірки, навпаки, випаровуються вкрай повільно, зате навколишня речовина поглинають швидко, що забезпечує їх тривале існування). Дослідники показують, що якщо випаровування чорних дірок відбулося в епоху до охолодження Всесвіту, коли він був насичений головним чином випромінюванням, то ніякого особливого впливу на його еволюцію таке випаровування не могло. Однак, якщо первинні ЧД випарувалися трохи пізніше, коли простір-час вже в основному був заповнений речовиною, а не випромінюванням, ситуація різко змінюється.

При випаровуванні чорних дірок крім фотонів повинні виникати електрони і позитрони (антиелектрони). Електрони та антиелектрони повинні анігілювати та породжувати нові фотони високих енергій. У результаті кількість фотонів у Всесвіті, за розрахунками авторів, мала стати величезною. Настільки, що та тимчасово повернулася в стан, у якому у ній домінує випромінювання.

Це досить несподіваний висновок. Якщо такий сценарій здійснювався практично, то рання історіяВсесвіту протікав не так, як його уявляли раніше - замість однієї епохи домінування випромінювання було дві, і причиною початку другої епохи стало випаровування чорних дірок (на кінцевому етапі виглядає як вибух крихітної чорної діри). У такому разі спостерігається зараз баріонна асиметріябула сильно розбавлена ​​наступною другою епохою домінування випромінювання, і, отже, причини виникнення баріонної асиметрії Всесвіту можуть дещо відрізнятися від тих, що вважалися можливими раніше.

Можливо, найбільшим відкриттямСтівена Хокінга, і причиною, через яку він такий відомий серед фізиків, було те, що чорні дірки не живуть вічно.

Вони випромінюють свою енергію на надзвичайно довгих часових проміжках через процес, відкритий у 1974 році і відомий як випромінювання Хокінга. Цього тижня один із читачів поставив таке запитання:

З моменту відкриття випромінювання Хокінга в наукових публікаціяхвоно описується, як поступове випаровування чорних дірок через спонтанне виникнення заплутаних частинок поруч із горизонтом подій. Говорять, що одну частинку засмоктує в ЧД, а інша відлітає і стає випромінюванням Хокінга. Через це випромінювання ЧД поступово втрачають масу, і в результаті зникають. Питання в тому, якщо одна частка падає в ЧД, а друга відлітає, чому ЧД стає менше? Чи не має вона навпаки, набирати масу?

Велике питання, що містить у собі кілька неправильних уявлень, частина з яких виникла з вини самого Хокінга. Давайте розумітися!

Вже понад 101 рік тому було знайдено найперше точне рішення Загальної теоріївідносності: простір-час, що описує масивну сингулярність, оточену обріїм подій. Відкриття зробив Карл Шварцшильд, який одразу ж зрозумів, що описав ЧД: об'єкт настільки щільний і масивний, що навіть світло не може вирватися з нього. гравітаційного тяжіння.

Досить довго вважалося, що й зібрати разом достатньо маси, запхнувши їх у досить малу область космосу, гравітаційний колапс до стану ЧД буде незворотним, і що незалежно від початкової зміни маси, сингулярність буде точкою, а горизонт подій – сферою. Єдиний параметр, що цікавить вчених - розмір горизонту подій - повинен визначатися тільки масою ЧД.

З поглинанням ЧД все більшої кількостіматерії, її маса зростає, і вона збільшується у розмірах. Досить довго вважалося, що це продовжуватиметься доти, доки не залишиться матерії для поглинання, або поки не настане кінець Всесвіту.

Але дещо змінило це надання. Революційне відкриття того, що наш Всесвіт складається з крихітних неподільних частинок, що підкоряються своєму набору законів, квантовому набору Частинки взаємодіють один з одним через різні фундаментальні взаємодії, кожне з яких можна подати у вигляді набору квантових полів.

Хочете знати, як взаємодіють дві електрично заряджені частинки, або як взаємодіють фотони? Все це керується квантовою електродинамікою, або квантовою теорією електромагнітних взаємодій. Що щодо частинок, які відповідають за сильні взаємодії: за силу, що тримає протони та інші частки в ядрах разом? Це квантова хромодинаміка, або квантова теорія сильних взаємодій. А що з приводу радіоактивного розпаду? Це квантова теорія слабких ядерних взаємодій.

Але в цьому наборі не вистачає двох компонентів. Один помітити просто: у квантовому світіне враховується гравітаційна взаємодія, оскільки у нас немає квантової теоріїгравітації. А другий складніше: три згадані квантові теорії зазвичай працюють у плоскому просторі, там, де гравітаційними взаємодіямиможна знехтувати. Простір-час, який відповідає цьому в ОТО, називається простір Мінковського. Але поруч із чорною діркою простір викривляється і перетворюється на простір Шварцшильда.

І що ж трапляється з цими квантовими полямине в порожньому та плоскому просторі, а у викривленому просторі поряд із ЧД? До цієї проблеми Хокінг підступився в 1974 році, продемонструвавши, що присутність цих полів у викривленому просторі поряд із ЧД призводить до появи теплового випромінювання чорного тіла. певної температури. Ця температура і потік тим менше, що більш масивна ЧД, через те, що кривизна простору менше на горизонті подій у більшій і масивній ЧД.

У популярній науковій книзі, « Коротка історіячасу» (що ще перебуває на перших місцях в Amazon у розділах «космологія» і «релятивістська фізика»), Стівен Хокінг описує вакуум простору, що складається з пар віртуальних частинок/античастинок, що виникають і зникають. За його словами, поруч із ЧД іноді один із двох компонентів цієї віртуальної пари падає за обрій подій, а інший залишається зовні. У такий момент, як він пише, зовнішній член пари тікає з реальною, позитивною енергією, а внутрішній член має негативною енергією, Через що маса ЧД зменшується, що і призводить до її поступового випаровування.

Звичайно, така картина неправильна. Для початку, випромінювання виходить не тільки з краю горизонту подій ЧД, але з усього навколишнього простору. Але найбільша помилка в уявленні про цей процес полягає в тому, що насправді ЧД випромінює фотони, а не частинки та античастинки. Насправді випромінювання має таку малу енергію, що взагалі не здатне виготовити пари частка/античастка.

Я намагався поліпшити пояснення того, що відбувається, підкреслюючи, що йдеться про віртуальні частки, тобто про спосіб візуалізації квантових полів у природі; це реальні частки. Але ці властивості можуть призвести і призводять до появи реального випромінювання.

Але це не зовсім відповідає дійсності. Це пояснення передбачає, що неподалік горизонту подій випромінювання буде сильним, і здаватиметься слабким і низькотемпературним лише великому віддаленні ЧД. Насправді ж випромінювання невелике скрізь, і лише невеликий відсоток випромінювання можна пов'язати із самим горизонтом подій.

Реальне пояснення набагато складніше, і показує, що ця примітивна картинка має свої обмеження. Корінь проблем у тому, що у різних спостерігачів виходять різні картини того, що відбувається, і сприйняття частинок, і ця проблема складніша у викривленому просторі, ніж у плоскому. Простіше кажучи, один спостерігач побачить порожній простір, але інший, який прискорено рухається, побачить у ньому частки. Суть випромінювання Хокінга безперервно пов'язана з тим, де знаходиться спостерігач і що він бачить, залежно від того, чи він прискорено рухається або спочиває.

Створюючи ЧД там, де її був, ви прискорюєте частки зовні горизонту подій, які у результаті потрапляють всередину цього горизонту. Цей процес є джерелом цього випромінювання, і підрахунки Хокинга показують, наскільки неймовірно сильно розтягнутий у часі цей процес випаровування. У ЧД масою в одну сонячну випаровування займе 10 67 років. У найбільшої у Всесвіті ЧД масою 10 млрд сонячних це займе 10 100 років. При цьому вік сьогоднішнього всесвіту становить приблизно 10 10 років, і швидкість випаровування настільки мала, що пройде ще 10 20 років, перш ніж ЧД почнуть випаровуватися швидше, ніж вони ростуть через випадкові зіткнення з міжзоряними протонами, нейтронами або електронами.

Тому, відповідаючи коротко на запитання читача, можна сказати, що картина, намальована Хокінгом, надмірно спрощена настільки, що стає неправильною. Довша відповідь – до появи випромінювання призводить падіння в ЧД матерії, а через надзвичайно викривлений простір навколо горизонту подій це випромінювання випромінюється так повільно, на таких тривалих проміжках часу та в таких великих обсягах простору. Для ще довших і технічних пояснень рекомендую звернутися (за збільшенням складності) до текстів Сабіни Хоссенфелдер, Джона Баєза і Стіва Гіддінгса.

Екологія пізнання. Наука і техніка: Що станеться, коли чорна діра втратить достатню кількість енергії через випромінювання Хокінга, і щільність її енергії вже не вистачатиме для того, щоб підтримувати сингулярність з горизонтом подій? Інакше кажучи, що станеться, коли чорна діра перестане бути чорною діркою через випромінювання Хокінга?

Важко уявити, враховуючи різноманітність форм, що приймаються матерією у Всесвіті, що мільйони років у ній існували лише нейтральні атоми водню та гелію. Можливо, приблизно так само складно уявити, що колись, через квадрильйони років, згаснуть усі зірки. Існуватимуть тільки останки нині такого живого Всесвіту, включаючи і найвражаючіші його об'єкти: чорні дірки. Але вони не вічні. Наш читач хоче дізнатися, як саме це станеться:

Що трапиться, коли чорна діра втратить достатню кількість енергії через випромінювання Хокінга, і щільності її енергії вже не вистачатиме для того, щоб підтримувати сингулярність з горизонтом подій? Інакше кажучи, що станеться, коли чорна діра перестане бути чорною діркою через випромінювання Хокінга?

Щоб відповісти на це питання, важливо зрозуміти, що насправді є чорною діркою.

Анатомія дуже масивної зіркипротягом її життя, що досягає кульмінації у вигляді наднового типу IIa в момент, коли в ядрі закінчується ядерне пальне

Чорні дірки в основному формуються після колапсу ядра масивної зірки, що втратила все ядерне паливоі перестала синтезувати з нього більш важкі елементи. З уповільненням і припиненням синтезу ядро ​​відчуває сильне падіння тиску випромінювання, яке тільки й утримувало зірку від гравітаційного колапсу. У той час, як зовнішні шари часто відчувають реакцію синтезу, що виходить з-під контролю, і підривають вихідну зірку до наднової, ядро ​​спочатку стискається до нейтронної зірки, але якщо його маса виявляється занадто великий, то навіть нейтрони стискаються і переходять у щільний стан, з якого виникає чорна дірка. ЧД також може виникнути, коли нейтронна зіркау процесі акреції забере достатньо маси у зірки-компаньйона, і перейде рубіж, необхідний перетворення на ЧД.

Коли нейтронна зірка набирає достатньо матерії, вона може зійти в чорну дірку. Коли ЧД набирає матерію, у неї зростає акреційний диск та маса, оскільки матерія падає за обрій подій.

З погляду гравітації все, що потрібно, щоб стати ЧД - це зібрати достатньо маси в досить малому обсязі, так, щоб світло не змогло втекти з певної ділянки. Кожна маса, включаючи планету Земля, має свою швидкість тікання: швидкість, якої потрібно досягти, щоб втекти від гравітаційного тяжіння на певній відстані (наприклад, на відстані від центру Землі до її поверхні) від центру мас. Але якщо набрати достатньо маси для того, щоб швидкість, яку вам потрібно було б набрати на певній відстані від центру мас, дорівнювала б світлова - тоді вже ніщо не зможе втекти від неї, оскільки ніщо не може обігнати світло.

Маса чорної діри - єдиний фактор, що визначає радіус горизонту подій для ізольованої ЧД, що не обертається.

Ця відстань від центру мас, у якому швидкість тікання дорівнює швидкості світла - назвемо його R - визначає розмір горизонту подій чорної діри. Але те, що за таких умов усередині знаходиться матерія, призводить до менш відомих наслідків: вся вона має зникнути до сингулярності. Можна уявити, ніби існує такий стан матерії, який дозволяє їй залишатися стабільною і мати кінцевий обсяг усередині обрії подій - але це фізично неможливо.

Щоб впливати, спрямоване назовні, що знаходиться всередині частка повинна відправити частинку, що переносить взаємодію, у бік від центру мас до горизонту подій. Але ця переносить взаємодія частка також обмежена швидкістю світла, і, неважливо, де всередині горизонту подій ви знаходитесь, всі світові лінії закінчуються в його центрі. Для повільніших і масивніших частинок все ще гірше. Як тільки з'являється ЧД з горизонтом подій, вся матерія всередині неї стискується у сингулярність.

Зовнішній простір-час шварцшильдівської ЧД, відомий як параболоїд Флемма, легко підрахувати. Але всередині горизонту подій усі геодезичні лініїведуть до центральної сингулярності.

І оскільки ніщо не може втекти, можна було б вирішити, що ЧД вічна. І якби не квантова фізика, це було б саме так. Але в квантової фізикиіснує ненульова кількість енергії, властиве самому простору: квантовий вакуум. У викривленому просторі квантовий вакуум набуває трохи інших властивостей, ніж у плоскому, і немає регіонів, де кривизна була б вищою, ніж в околицях сингулярності чорної діри. Якщо порівняти два цих закони природи - квантову фізику і простір-час з ВТО навколо ЧД - ми отримаємо таке явище, як випромінювання Хокінга.

Якщо ви проведете обчислення згідно з квантовою теорією поля у викривленому просторі, то отримаєте дивовижну відповідь: з простору, що оточує обрій подій чорної діри, випускається теплове випромінюваннячорного тіла. І чим менший обрій подій, тим сильніша кривизна простору поряд з ним, і тим вища швидкість випромінювання Хокінга. Якби наше Сонце було чорною діркою, його температура випромінювання Хокінга дорівнювала б 62 нК. Якщо взяти ЧД у центрі нашої Галактики, маса якої в 4 000 000 разів більша, то температура буде вже 15 фК, всього 0,000025% від першої.

Композитне зображення з рентгенівського та інфрачервоного діапазону, на якому видно ЧД у центрі нашої Галактики: Стрілець A*. Її маса в 4 млн разів перевищує сонячну, і вона оточена гарячим газом, що випромінює рентгенівське проміння. А ще вона випромінює випромінювання Хокінга (яке ми не можемо виявити), але при набагато меншій температурі.

Це означає, що дрібні ЧД випаровуються швидше, а великі живуть довше. Розрахунки говорять, що ЧД сонячної маси існуватиме 10 67 років до того, як випарується, ну а ЧД у центрі нашої галактики житиме ще в 10 20 разів більше перед випаровуванням. Але найбожевільніше у всьому цьому - те, що до останньої частки останньої секунди у ЧД зберігатиметься горизонт подій, аж до моменту, коли її маса стане нульовою.

Випромінювання Хокінга неминуче випливає з передбачень квантової фізики у викривленому просторі-часі, що оточує обрій подій ЧД

Але остання секунда життя ЧД буде охарактеризована особливим і дуже великим викидом енергії. Одна секунда їй залишиться, коли її маса впаде до 228 тонн. Розмір горизонту подій у цей момент становитиме 340 їм, тобто 3,4×10 -22: це довжина хвилі фотона з енергією, що перевищує все, що вдавалося поки що отримувати на Великому адронному колайдері. Але в цю останню секундубуде випущено 2.05 × 10 22 Дж енергії, що еквівалентно 5 млн мегатонн ТНТ. Ніби мільйон ядерних бомбвибухають одночасно у невеликій ділянці простору - така остання стадія випромінювання чорної дірки.

У процесі того, як чорна діра усихає в масі та радіусі, її випромінювання Хокінга стає все більше за температурою та потужністю

А що залишиться? Тільки вихідне випромінювання. Там, де раніше в просторі існувала сингулярність, в якій маса, а також, можливо, заряд і кутовий момент існували в нескінченно малому обсязі, тепер нічого немає. Простір відновлено до попереднього, несингулярного стану, після проміжку, що здавався нескінченністю: такого часу достатньо, щоб у Всесвіті відбулося все те, що сталося в ньому із самого початку, трильйони трильйонів разів. Коли це вперше станеться, у Всесвіті вже не буде жодних зірок чи джерел світла, і не буде нікого, хто міг би бути присутнім при цьому приголомшливому вибуху. Але жодної межі для цього не існує. ЧД має випаруватися повністю. А після цього, наскільки нам відомо, не залишиться нічого, окрім вихідного випромінювання.

На вічному тлі постійної темряви з'явиться єдиний спалах світла: випаровування останньої чорної діри у Всесвіті

Інакше кажучи, якби вам вдалося спостерігати випаровування останньої ЧД у Всесвіті, ви бачили б порожній простір, в якому немає жодних ознак активності вже 10 100 років, або більше. І раптово з'явиться неймовірний спалах випромінювання певного спектру та потужності, що тікає від однієї точки у просторі зі швидкістю 300 000 км/с. І це буде востаннєу Всесвіті, коли якась подія омиє її випромінюванням. Перед випаровуванням останньої ЧД, говорячи поетичною мовою, Всесвіт востаннє скаже: «Хай буде світло!». опубліковано

Якщо у вас виникли питання з цієї теми, задайте їх фахівцям та читачам нашого проекту.

Стівена Хокінга була однією з перших науково-популярних книг, прочитаних мною, і я її зненавиділа. Зненавиділа, бо не розуміла. Фрустрація від цієї книги стала однією з основних причин, чому я стала фізиком - ну принаймні я знаю, кого звинувачувати в цьому.

Оригінальний пост не може похвалитися ідеальною структуроюрозповіді, яку я не змінював. Але проблема дуже важлива та актуальна, і за її обговорення та пояснення Сабіні можна пробачити похибки стилю.

Я перестала ненавидіти цю книгу - треба визнати, з подачі Хокінга спалахнув інтерес спільної публіки до фундаментальних питань фізики (пов'язаних із чорними дірками). Але час від часу я все ще хочу вдарити чортову книгу. Не тому, що я не розумію її, але тому, що вона переконала так багато людей, що вонирозуміють її.

У цій книзі Хокінг намалював витончену картинку випаровування чорних дірок, яка тепер використовується повсюдно. У його поданні чорні дірки випаровуються, тому що пари віртуальних частинок, що виникають поблизу обрію, розриваються приливними силами. Одна з частинок опиняється за горизонтом подій, і падає у чорну дірку, а друга відлітає зовні. В результаті чорна дірка постійно випромінює частки на горизонті подій. Це просто, це інтуїтивно, і це зовсім не так.

Таке пояснення – проста ілюстрація, не більше. Насправді - ви не будете здивовані - ситуація складніша.

Пари частинок – наскільки взагалі має сенс говорити про частинки у квантовій фізиці – не локалізовані у просторі. Вони «розмазані» по області простору, порівнянної з радіусом чорної дірки ( прим. пров. схожа на те, як електрон рухається не по певній орбіті навколо ядра атома, перебуваючи до якоїсь її точки, а «розмазаний» навколо ядра.). Пари частинок виникають не як точки, а як хмари, розмиті всюди навколо чорної дірки, і вони поділяються лише на відстанях, порівнянних з радіусом чорної дірки. Картинка, яку намалював Хокінг для не-фахівців, не підкріплюється ніякою математикою. У ній є елемент істини, але не варто її приймати надто серйозно – це може стати джерелом багатьох помилок.

Те, що пояснення Хокінга не точно, не є чимось новим - з початку 70-х було відомо, що випромінювання Хокінга виникає не на самому горизонті. Вже в підручнику Біррела і Девіса (1984) ясно написано, що якщо припустити виникнення випромінювання на горизонті і розглянути процес випромінювання в зворотному напрямкуза часом: відстежити частки, що наближаються до горизонту подій здалеку і збільшують у своїй частоту ( " синє зміщення " ), це дасть коректного описи області поблизу горизонту подій. Правильним підходомбуде іншою: частинки з пари Хокінга при народженні «розмазуються» і змішуються один з одним, так що говорити про них як про «частинки» можна тільки в локальному сенсі ( мається на увазі локальна з точки зору ВТО система координат, прим.). Більше того, потрібно чесно вважати величини, що спостерігаються, такі як тензор моменту-імпульсу.

Припущення про виникнення пар на деякому віддаленні від горизонту подій було необхідне рішення загадки, якими були спантеличені фізики в 70-80е. Температура випромінювання чорної дірки дуже мала, якщо дивитися здалеку. Але щоб це випромінювання взагалі могло втекти від тяжіння ЧД, воно має спочатку мати величезну енергію поблизу горизонту. А тоді спостерігач, який падає в чорну дірку, звернувся б у попіл, проходячи через область з такою енергією. Це у свою чергу порушує принцип еквівалентності, згідно з яким спостерігач, що падає в чорну дірку, взагалі не повинен помітити нічого незвичайного при перетині горизонту.

Щоб вирішити цю проблему, потрібно врахувати, що не можна розглядати випромінювання як те, що приходить від самого горизонту. Якщо чесно порахувати тензор енергії імпульсу поблизу горизонту, виявиться, що він досить малий, і залишається таким і при перетині горизонту. Насправді він наскільки малий, що спостерігач, що падає, зможе помітити різницю з плоским простором тільки на відстанях, порівнянних з радіусом чорної дірки (що також є розміром кривизни простору-часу). Тоді все сходиться, і жодного порушення принципу еквівалентності немає.

[Я знаю, все це звучить схоже на проблему фаєрвола, яку я обговорювала раніше, але це дещо інший ефект. (прим.пер. Проблема фаєрвола виникає, якщо розглядати заплутаність між випромінюваною частинкою і впала в чорну дірку. Щоб задовольняти принципи квантової механіки, ці кореляції повинні руйнуватися. При руйнуванні кореляцій вивільняється величезна енергія, яка створює «вогненну стіну» на горизонті.При цьому виникають різні проблемипри обчислення поблизу горизонту. Ідею фаєрволу можна критикувати на підставі того, що в оригінальній статті про фаєрвол тензор енергії-імпульсу не вважали. На відміну від інших, я не думаю, що проблема в цьому.]

Справжня, підкріплена обчисленнями, причина випромінювання частинок чорними дірками у тому, що з різних спостерігачів поняття частки відрізняється.

Ми звикли, що частка або у нас, або не знаходиться. Однак, це справедливо тільки поки ми поступово рухаємося один щодо одного. Якщо спостерігач (ми) прискорюється, саме визначення частки йому змінюється. Те, що виглядає порожнім вакуумом для спостерігача при рівномірному русі, Виявляється наповненим частинками при прискоренні. Цей ефект названий на честь Білла Унру, хто запропонував його практично одночасно з гіпотезою випромінювання чорних дірок Хокінга. Сам ефект дуже малий для звичних нам прискорень, і ми ніколи не помічаємо його.

Ефект Унру близько пов'язаний з ефектом випаровування чорних дірок Хокінга. При виникненні чорних дірок матерія, що колапсує в чорну дірку, створює динамічний простір-час, що призводить до прискорення між спостерігачами у минулому та майбутньому. В результаті простір-час навколо колапсуючої матерії, який не містив частинок до виникнення чорної діри, виявляється наповненим тепловим випромінюванням на пізніх стадіях колапсу. Тобто, випромінювання Хокінга - той самий вакуум, що спочатку оточував колапсуючу речовину, ( прим.пер. як у ефекті Унру вакуум наповнюється випромінюванням при прискоренні спостерігача).

Це і є джерелом випромінювання чорних дірок: саме визначення частки залежить від спостерігача. Не так просто, як картинка Хокінга, але набагато точніше.

Картинка з парами частка-античастка на горизонті, запропонована Хокінгом, стала настільки популярною, що тепер навіть деякі фізики вірять, що саме так все і відбувається ( Прим.пер. До поста Сабіни я й сам до свого сорому думав саме так). Той факт, що синє зміщення випромінювання при розгляді його поширення назад у часі від нескінченності до горизонту дає настільки величезну енергію на горизонті, виявилося загубленим у літературі. На жаль, нерозуміння зв'язку між потоком частинок Хокінга далеко від ЧД і поблизу обрії подій призводить до невірного висновку, що цей потік набагато сильніший, ніж він є насправді. Наприклад, це призвело Mersini-Houghton до помилок під час виведення доказу, що чорні дірки взагалі не існують.

(Прим.пер. Далі статтю скорочено для зручності читання, в оригінальному пості обговорюється книга «Spooky action at a distance» та розрахунки , де обчислюється точна відстань, на якій виникає випромінювання Хокінга - у кілька радіусів ЧД - і в подробицях обговорюється джерело ефекту)

Якщо книга Хокінга і навчила мене однієї речі, то це тому, що прихильні візуальні метафори може бути прокляттям так само, як і благом.