Черные дыры: как Стивен Хокинг двумя страницами перевернул понимание черных дыр с ног на голову

1 марта 1974 года 32-летний физик Стивен Хокинг опубликовал в журнале Nature статью объемом чуть менее двух страниц и опроверг одно из наших фундаментальных предположений о черных дырах, пишет Live Science.

У Фокус. Технологии появился свой Telegram-канал. Подписывайтесь, чтобы не пропускать самые свежие и захватывающие новости из мира науки!

Согласно теории относительности Эйнштейна, черные дыры настолько массивны, а значит обладают настолько большой гравитацией, что ничто, даже свет, не может вырваться обратно, преодолев горизонт событий черной дыры. По этой логике, черные дыры должны расти только по мере старения Вселенной, поглощая близлежащую материю или сливаясь с другими черными дырами, чтобы в конечном итоге стать сверхмассивными.

Хокинг исследовал, как квантовая механика повлияет на рост и эволюцию черных дыр. Он объединил общую теорию относительности, законы термодинамики и относительно простую квантовую физику, чтобы сделать вывод, что черные дыры излучают ничтожно малое количество тепла.

Хокинг утверждал, что это происходит потому, что пары "виртуальных" частиц и античастиц появляются, а затем исчезают во Вселенной после встречи. Иногда, однако, один из членов пары появляется за пределами горизонта событий черной дыры, а другой — внутри этой невидимой границы. Одна частица падает внутрь черной дыры, а другая вырывается и уносит с собой небольшое количество тепла. Со временем эта потеря тепла, или излучение, уменьшает черную дыру, что приводит к увеличению ее поверхностной гравитации. Это, в свою очередь приводит к ускорению излучения, что в конечном итоге вызывает испарение черной дыры, возможно, посредством взрыва. Со временем потерю массы черной дырой стали связывать именно с излучением Хокинга.

В своей статье физик сделал вывод, что для черных дыр с массой, как у Солнца или больше, испарение, вызванное излучением Хокинга, заняло бы больше времени, чем возраст Вселенной.

Но Хокинг также задавался вопросом, не образовались ли крошечные первичные черные дыры из квантовых колебаний в начале истории Вселенной. Эти крошечные черные дыры, массой менее 1 триллиона килограммов, давно бы взорвались, предположил физик.

"Это довольно небольшой взрыв по астрономическим меркам, но он эквивалентен примерно 1 миллиону водородных бомб с мощностью взрыва в 1 мегатонну", — написал Хокинг в своей статье.

Излучение Хокинга вскоре прочно закрепилось в теории физики. Но также был обнаружен огромный парадокс в физике черных дыр. Испарение черной дыры означает, что информация, попавшая в черную дыру, теряется навсегда. Это противоречит центральному принципу квантовой механики: информация не может быть создана или уничтожена. В течение следующих 40 лет до своей смерти в 2018 году, Хокинг постепенно разбирался с информационным парадоксом черной дыры.

В 2015 году Хокинг предположил, что информация может покинуть черную дыру, возможно, через червоточину и выйти в другой Вселенной. После смерти физика некоторые ученые предположили, что информация не теряется, попав в черную дыру, а, наоборот, извергается из нее.

В 2024 году физики предложили способ ее обнаружения: информация, поглощенная черной дырой, оставит следы в виде едва заметных колебаний в пространстве-времени – гравитационных волн.

Ученым пока не удалось найти прямые доказательства взрывов черных дыр или существования первичных черных дыр.

Фокус уже писал о том, как теории Стивена Хокинга изменили представление о Вселенной.

Также Фокус писал о том, что ученые создали модель Земли без какой-либо жизни на ней, и то, что они обнаружили, может изменить подходы к поиску инопланетян.