Hokingovo zračenje: nema više tajni. Hawkingovo zračenje: pojam, karakteristike i problemi teorije Hawkingovih čestica

Hokingovo zračenje je proces zračenja različitih elementarnih čestica, koji je teoretski opisao britanski naučnik Stephen Hawking 1974. godine.

Mnogo prije objavljivanja rada Stephena Hawkinga, mogućnost emisije čestica crnim rupama izrazio je sovjetski teorijski fizičar Vladimir Gribov u raspravi sa drugim naučnikom, Jakovom Zeldovičem.

Proučavajući ponašanje elementarnih čestica u blizini crne rupe, tridesetogodišnji Stephen Hawking je 1973. godine posjetio Moskvu. U prestonici je uspeo da učestvuje u naučnoj raspravi sa dvojicom istaknutih sovjetskih naučnika, Aleksejem Starobinskim i Jakovom Zeldovičem. Nakon što su neko vrijeme radili na Gribovovoj ideji, došli su do zaključka da crne rupe mogu zračiti zbog tunelskog efekta. Ovo posljednje znači postojanje vjerovatnoće da čestica može savladati bilo koju barijeru, sa stanovišta kvantne fizike. Zainteresovan za ovu temu, Hawking je detaljno proučio problematiku i 1974. godine objavio svoj rad, po kojem je pomenuto zračenje i dobilo njegovo ime.

Stephen Hawking opisao je proces emisije čestica crne rupe na nešto drugačiji način. Osnovni uzrok takvog zračenja su takozvane "virtualne čestice".

U procesu opisivanja interakcija između čestica, naučnici su došli do zaključka da se interakcije među njima odvijaju razmjenom određenih kvanta („dioova“ neke fizičke veličine). Na primjer, elektromagnetna interakcija u atomu između elektrona i protona odvija se kroz razmjenu fotona (nosača elektromagnetne interakcije).

Međutim, tada se javlja sljedeći problem. Ako ovaj elektron posmatramo kao slobodnu česticu, onda on ni na koji način ne može jednostavno emitovati ili apsorbovati foton, prema principu očuvanja energije. To jest, on ne može jednostavno izgubiti ili dobiti određenu količinu energije. Tada su naučnici stvorili takozvane "virtuelne čestice". Potonji se razlikuju od pravih po tome što se rađaju i nestaju tako brzo da ih je nemoguće registrirati. Sve što virtuelne čestice imaju vremena da urade u kratkom periodu svog života je da prenesu zamah na druge čestice, a da pritom ne prenose energiju.

Dakle, čak i prazan prostor, zbog nekih fizičkih fluktuacija (slučajnih odstupanja od norme), jednostavno vrvi od ovih virtualnih čestica koje se neprestano rađaju i uništavaju.

Hawkingovo zračenje

Za razliku od sovjetskih fizičara, Stephen Hawkingov opis zračenja zasniva se na apstraktnim, virtuelnim česticama, koje su sastavni dio kvantne teorije polja. Britanski teoretski fizičar razmatra spontano stvaranje ovih virtuelnih čestica na crnoj rupi. U ovom slučaju, moćno gravitaciono polje crne rupe je u stanju da "razdvoji" virtuelne čestice i pre nego što budu uništene, pretvarajući ih na taj način u stvarne. Slični procesi su eksperimentalno uočeni na sinhrofazotronima, gdje naučnici uspijevaju razdvojiti te čestice, trošeći pritom određenu količinu energije.

Sa stanovišta fizike, pojava stvarnih čestica sa masom, spinom, energijom i drugim karakteristikama u praznom prostoru „ni iz čega“ je u suprotnosti sa zakonom održanja energije, što znači da je jednostavno nemoguće. Dakle, za "transformaciju" virtuelnih čestica u stvarne biće potrebna energija, ne manja od ukupne mase ove dve čestice, prema dobro poznatom zakonu. Takvu rezervu energije troši i crna rupa kako bi razdvojila virtuelne čestice na horizontu događaja.

Kao rezultat procesa povlačenja, jedna od čestica, koja je bliže horizontu događaja ili čak ispod njega, "pretvara se" u pravu, i ide prema crnoj rupi. Drugi, u suprotnom smjeru, ide na slobodno putovanje kroz svemir. Izvršenim matematičkim proračunima, može se uvjeriti da je i pored primljene energije (mase) od čestice koja je pala na površinu crne rupe, energija koju crna rupa troši na proces povlačenja negativna. Odnosno, na kraju, kao rezultat opisanog procesa, crna rupa je izgubila samo određenu količinu energije, koja je, štaviše, tačno jednaka energiji (masi) koju ima čestica koja je "izletela".

Dakle, prema opisanoj teoriji, iako crna rupa ne emituje nikakve čestice, ona doprinosi takvom procesu i gubi ekvivalentnu energiju. Prateći već spomenuti Ajnštajnov zakon o ekvivalentnosti mase i energije, postaje jasno da crna rupa nema odakle da uzme energiju, osim iz sopstvene mase.

Sumirajući sve gore navedeno, možemo reći da crna rupa emituje česticu i gubi nešto mase u tom procesu. Potonji proces je nazvan "isparavanje crne rupe". Na osnovu teorije o Hawkingovom zračenju, može se pretpostaviti da su crne rupe nakon nekog vremena, iako veoma dugo (trilijuni godina), jednostavno.

Zanimljivosti

• Mnogi ljudi strahuju da bi se na Velikom hadronskom sudaraču (LHC) mogle formirati crne rupe i da bi mogle ugroziti živote Zemljana. Rođenje crnih rupa na LHC-u moguće je samo u slučaju postojanja dodatnih dimenzija prostor-vremena i prisutnosti moćne gravitacijske interakcije na malim udaljenostima. Međutim, mikroskopska crna rupa formirana na ovaj način će odmah ispariti zbog Hawkingovog zračenja.
• Na osnovu Hawkingovog zračenja, može raditi pojedinačni reaktor ili kolapsarni reaktor, hipotetički uređaj koji stvara mikroskopske crne rupe. Energija zračenja nastala kao rezultat njihovog isparavanja bit će glavni izvor energije za reaktor.

Iako Veliki hadronski sudarač izgleda zastrašujuće, zbog Hawkingovog zračenja nema se čega bojati.

• Objavljujući svoj rad o zračenju crnih rupa, Stephen Hawking se raspravljao s drugim poznatim naučnikom - Kipom Thorneom. Predmet spora bila je priroda objekta koji tvrdi da je crna rupa, tzv. Uprkos činjenici da je Hawkingov rad bio zasnovan na pretpostavci o postojanju crnih rupa, on je tvrdio da Labud X-1 nije crna rupa. Važno je napomenuti da su pretplate na časopise djelovale kao stope. Thorneova opklada je bila četverogodišnja pretplata na satirični časopis Private Eye, dok je Hawkingova bila jednogodišnja pretplata na erotski časopis Penthouse. Logiku svoje izjave u sporu, Stephen je obrazložio na sljedeći način: "čak i ako se pokaže da sam pogriješio u tvrdnji o postojanju crnih rupa, onda ću barem dobiti pretplatu na časopis"

Hawking i mikrogravitacija (Povraćanjekometa)

U takvom scenariju, sve ostale informacije o materiji koja je formirala crnu rupu ili upala u nju (za koju se "kosa" koristi kao metafora) "nestaju" izvan horizonta događaja crne rupe i stoga su sačuvane, ali će biti nedostupne spoljnim posmatračima.

Godine 1973. Hoking je otputovao u Moskvu i sastao se sa sovjetskim naučnicima Jakovom Zeldovičem i Aleksejem Starobinskim. Tokom razgovora s njima o njihovom radu, pokazali su mu kako je princip neizvjesnosti naveo crne rupe da zrače čestice. Ovo je dovelo u pitanje drugi Hawkingov zakon termodinamike crne rupe (to jest, crne rupe ne mogu postati manje), budući da i one moraju gubiti masu zbog energije.

Štaviše, podržala je teoriju koju je iznio Jacob Bekenstein, diplomirani student na Univerzitetu John Wheeler, da crne rupe moraju imati konačnu temperaturu i entropiju različitu od nule. Sve je to bilo u suprotnosti sa "teoremom bez kose". Hawking je ubrzo revidirao svoju teoremu, pokazujući da kada se uzmu u obzir kvantnomehanički efekti, ispada da crne rupe emituju toplotno zračenje određene temperature.

Godine 1974. Hawking je predstavio svoja otkrića i pokazao da crne rupe emituju zračenje. Ovaj efekat je postao poznat kao "Hawkingovo zračenje" i u početku je bio kontroverzan. Ali do kraja 70-ih i nakon objavljivanja daljnjih istraživanja, otkriće je prepoznato kao značajan proboj na polju teorijske fizike.

Međutim, jedna od posljedica takve teorije bila je da crne rupe postepeno gube masu i energiju. Zbog toga, crne rupe koje izgube više mase nego što dobiju moraju se smanjiti i na kraju nestati, što je fenomen koji je sada poznat kao 'isparavanje' crne rupe.

Godine 1981. Hawking je predložio da se informacije u crnoj rupi nepovratno gube kada crna rupa ispari, u onome što je postalo poznato kao "informacijski paradoks crne rupe". Tvrdio je da fizičke informacije mogu zauvijek nestati u crnoj rupi, omogućavajući da se više fizičkih stanja spoje u jedno.

Teorija se pokazala kontroverznom jer je prekršila dva fundamentalna principa kvantne fizike. Kvantna fizika tvrdi da je kompletna informacija fizičkog sistema - stanje njegove materije (masa, položaj, spin, temperatura, itd.) - kodirana u njegovoj talasnoj funkciji sve dok funkcija ne kolabira. Ovo zauzvrat vodi do dva druga principa.

Prvi, kvantni determinizam, kaže da - s obzirom na sadašnju valnu funkciju - buduće promjene jedinstveno određuje operator evolucije. Drugi - reverzibilnost - navodi da evolucijski operator ima inverznu stranu, što znači da su prošle valne funkcije također jedinstvene. Kombinacija ovih principa dovodi do činjenice da informacije o kvantnom stanju materije uvijek moraju biti sačuvane.

Hawking u Bijeloj kući na ceremoniji dodjele Medalje slobode

Pretpostavljajući da informacije nestaju kada crna rupa ispari, Hawking je u suštini stvorio fundamentalni paradoks. Ako crna rupa može da ispari, uzrokujući da nestanu sve informacije o kvantnoj valnoj funkciji, tada bi informacija u principu mogla biti izgubljena zauvijek. Ovo pitanje postalo je predmet debate među naučnicima i ostalo je praktično neriješeno do danas.

Ipak, do 2003. godine postojao je određeni konsenzus među fizičarima da je Hawking pogriješio u vezi s gubitkom informacija u crnoj rupi. Na predavanju u Dablinu 2004. godine priznao je da je izgubio opkladu na ovu temu od Johna Preskilla s Caltecha (koju je napravio 1997.), ali je predstavio svoje i pomalo kontroverzno rješenje paradoksnog problema: moguće je da crne rupe mogu imati više od jedne topologije.

U članku iz 2005. koji je objavio na temu "Gubitak informacija u crnim rupama", tvrdio je da se informacijski paradoks objašnjava proučavanjem svih alternativnih historija svemira gdje se gubitak informacija u jednom s crnim rupama nadoknađuje u drugom bez njih. Kao rezultat toga, u januaru 2014., Hawking je nazvao informacijski paradoks crne rupe svojom "najvećom greškom".

Hawking i Peter Higgs na Velikom hadronskom sudaraču

Osim što je proširio naše razumijevanje crnih rupa i kosmologije primjenom opće relativnosti i kvantne mehanike, Stephen Hawking je također bio ključan u približavanju nauke široj publici. Tokom svoje duge naučne karijere, objavio je i mnoge popularne knjige, mnogo putovao i držao predavanja te se pojavljivao u TV emisijama i filmovima.

Tokom svoje karijere, Hawking je postao i istaknuti pedagog, lično je proizveo 39 uspješnih studenata doktorskih studija. Njegovo ime ostaće u istoriji potrage za vanzemaljskom inteligencijom, te razvoja robotike i veštačke inteligencije. Stephen Hawking je 20. jula 2015. pomogao pokretanje inicijative Breakthrough Initiatives, inicijative za traženje vanzemaljskog života u svemiru.

Bez sumnje, Stephen Hawking je jedan od najpoznatijih naučnika današnjice. Njegov rad na polju astrofizike i kvantne mehanike doveo je do napretka u našem razumijevanju prostora i vremena i izazvao je mnogo kontroverzi među naučnicima. Teško da je ijedan živi naučnik učinio toliko da skrene pažnju šire javnosti na nauku.

Ima nešto u Hawkingu od njegovog prethodnika Alberta Ajnštajna - još jednog uticajnog i poznatog naučnika koji je učinio sve da se bori protiv neznanja i unapredi nauku. Ali ono što je najimpresivnije je da je sve što je Hawking uradio u svom životu (od određene tačke) bilo u nemilosrdnoj borbi protiv degenerativnih bolesti. (Čitajte, na primjer, ostajući potpuno mirni.)

Više od 52 godine Hawking je živio s bolešću koja mu je, prema ljekarima, trebala oduzeti život za 2 godine. A kada dođe dan kada Hawking više nije s nama, vrijeme će ga sigurno postaviti uz bok Ajnštajnu, Njutnu, Galileju i Kiriju kao jednog od najvećih naučnika u istoriji čovečanstva.

Najveći kosmolog i teoretski fizičar našeg vremena. Rođen 1942. godine, budući naučnik počeo je da ima zdravstvenih problema sa 20 godina. Amiotrofična lateralna skleroza otežavala je studiranje na Odsjeku za teorijsku fiziku na Oksfordu, ali nije spriječila Stephena da vodi vrlo aktivan životni stil bogat događajima. Oženio se 1965. i postao član Kraljevskog društva u Londonu 1974. Do tada je već imao kćer i dva sina. 1985. naučnik je prestao da govori. Danas je u njegovom tijelu samo jedan na njegovom obrazu zadržao pokretljivost. Činilo se da je potpuno nepokretno i osuđeno na propast. Međutim, 1995. se ponovo ženi, a 2007. ... leti u nultom gravitaciji.

Na Zemlji ne postoji osoba lišena mobilnosti koja bi živjela tako punim, korisnim i zanimljivim životom.

Ali to nije sve. Hawkingov najveći razvoj bila je teorija crnih rupa. „Hokingova teorija“, kako je sada nazivaju, radikalno je promenila dugoročne stavove naučnika o crnim rupama u svemiru.

Na početku rada na teoriji, naučnik je, kao i mnoge njegove kolege, tvrdio da je sve što uđe u njih zauvijek uništeno. Ovaj informacioni paradoks proganjao je vojsku i naučnike širom sveta. Vjerovalo se da je nemoguće utvrditi bilo kakva svojstva ovih svemirskih objekata, osim mase.

Nakon što se 1975. godine bavio proučavanjem crnih rupa, Hawking je otkrio da one neprestano emituju tok fotona i nekih drugih elementarnih čestica u svemir. Međutim, čak je i sam naučnik bio siguran da je "Hawkingovo zračenje" bilo nasumično, nepredvidivo. Britanski naučnik je isprva mislio da ovo zračenje ne nosi nikakvu informaciju.

Međutim, svojstvo briljantnog uma je sposobnost stalne sumnje. Hawking je nastavio svoje istraživanje i otkrio da je isparavanje crne rupe (tj. Hawkingovog zračenja) kvantne prirode. To mu je omogućilo da zaključi da informacije koje su pale u Crnu rupu nisu uništene, već promijenjene. Teorija da je stanje rupe trajno je tačna kada se posmatra sa stanovišta ne-kvantne fizike.

S obzirom na kvantnu teoriju, vakuum je ispunjen "virtuelnim" česticama koje zrače različitim fizičkim poljima. Jačina zračenja se stalno mijenja. Kada postane jako jaka, parovi čestica-antičestica mogu se roditi direktno iz vakuuma na horizontu događaja (granici) Crne rupe. Ako se ukupna energija jedne čestice pokaže pozitivnom, a drugom negativnom, ako su čestice u isto vrijeme pale u crnu rupu, tada se počinju ponašati drugačije. Negativna antičestica počinje da smanjuje energiju mirovanja crne rupe, dok pozitivna čestica teži beskonačnosti.

Izvana, ovaj proces izgleda kao isparavanje iz crne rupe. To je ono što se zove "Hawkingovo zračenje". Naučnik je otkrio da ovo "isparavanje" iskrivljenih informacija ima svoj toplinski spektar, vidljiv uređajima, i određenu temperaturu.

Hawkingovo zračenje, prema riječima samog naučnika, ukazuje da nisu sve informacije izgubljene i da zauvijek nestaju u crnoj rupi. Siguran je da kvantna fizika dokazuje nemogućnost potpunog uništenja ili gubitka informacija. A to znači da takve informacije, iako u modificiranom obliku, sadrže Hawkingovo zračenje.

Ako je naučnik u pravu, onda se prošlost i budućnost crnih rupa mogu istražiti na isti način kao i istorija drugih planeta.

Nažalost, mišljenje o mogućnosti putovanja kroz vrijeme ili u druge svemire uz pomoć crnih rupa. Prisustvo Hawkingovog zračenja dokazuje da će se svaki objekat koji upadne u rupu vratiti u naš svemir u obliku izmijenjenih informacija.

Ne dijele svi naučnici uvjerenja britanskog fizičara. Međutim, oni također odbijaju da ih izazovu. Danas cijeli svijet čeka nove Hokingove publikacije u kojima je obećao da će detaljno i konačno potvrditi objektivnost svoje teorije koja je naučni svijet okrenula naglavačke.

Štaviše, naučnici su uspjeli dobiti Hawkingovo zračenje u laboratoriji. Ovo se dogodilo 2010. godine.

Postoji fenomen koji odražava tako različite pojave kao što su crne rupe i elementarne čestice u njihovoj interakciji. Da li je Hawkingovo zračenje ili kvantno...

By Masterweb

26.06.2018 18:00

Crne rupe i elementarne čestice. Moderna fizika povezuje koncepte ovih objekata, od kojih su prvi opisani u okviru Einsteinove teorije gravitacije, a drugi u matematičkim konstrukcijama kvantne teorije polja. Poznato je da ove dvije lijepe i više puta potvrđene eksperimentalne teorije nisu baš "prijatelji" jedna s drugom. Međutim, postoji fenomen koji odražava tako različite pojave u njihovoj interakciji. Ovo je Hawkingovo zračenje ili kvantno isparavanje crnih rupa. Šta je to? Kako to radi? Može li se otkriti? O tome ćemo govoriti u našem članku.

Crne rupe i njihovi horizonti

Zamislimo neko područje prostorno-vremenskog kontinuuma koje zauzima fizičko tijelo, na primjer, zvijezda. Ako je ovo područje karakterizirano takvim omjerom radijusa i mase da gravitacijska zakrivljenost kontinuuma ne dozvoljava da bilo šta (čak ni svjetlosni snop) napusti iz njega, takvo područje se naziva crna rupa. U određenom smislu, to je zaista rupa, praznina u kontinuumu, kako se često prikazuje na ilustracijama, koristeći dvodimenzionalni prikaz prostora.

Međutim, u ovom slučaju nas neće zanimati zjapeća dubina ovog urona, već granica crne rupe, koja se zove horizont događaja. U sklopu razmatranja pitanja Hawkingovog zračenja, važna karakteristika horizonta je da presjek ove površine trajno i potpuno odvaja svaki fizički objekt od svemira.

O vakuumu i virtuelnim česticama

U razumijevanju kvantne teorije polja, vakuum uopće nije praznina, već poseban medij (tačnije, stanje materije), odnosno polje čiji su svi kvantni parametri jednaki nuli. Energija takvog polja je minimalna, ali ne treba zaboraviti na princip nesigurnosti. U potpunom skladu s tim, vakuum ispoljava spontanu fluktuacijsku aktivnost. Izražava se u fluktuacijama energije, što nikako ne krši zakon održanja.

Što je veći vrh fluktuacije energije vakuuma, kraće je njegovo trajanje. Ako takva oscilacija ima energiju od 2mc2, dovoljnu za rađanje para čestica, one će se pojaviti, ali će se odmah poništiti, bez vremena da se rasprše. Tako će ugasiti fluktuaciju. Takve virtuelne čestice se rađaju na račun energije vakuuma i vraćaju joj tu energiju kada umru. Njihovo postojanje je eksperimentalno potvrđeno, na primjer, prilikom registracije čuvenog Casimirovog efekta, koji pokazuje pritisak plina virtuelnih čestica na makro objekat.

Da bi se razumjelo Hawkingovo zračenje, važno je da se čestice u takvom procesu (bilo da su elektroni s pozitronima ili fotoni) nužno proizvode u parovima, a njihov ukupni impuls jednak je nuli.

Naoružani vakuumskim fluktuacijama u vidu virtuelnih parova, prići ćemo ivici crne rupe i videti šta se tamo dešava.

Na ivici ponora

Zbog prisustva horizonta događaja, crna rupa je u stanju da interveniše u procesu spontanih vakuumskih oscilacija. Sile plime i oseke u blizini površine rupe su ogromne, a gravitaciono polje ovdje je izuzetno nehomogeno. To pojačava dinamiku ovog fenomena. Parovi čestica bi se trebali proizvoditi mnogo aktivnije nego u odsustvu vanjskih sila. Za ovaj proces crna rupa troši svoju gravitacionu energiju.

Ništa ne brani jednoj od čestica da "zaroni" ispod horizonta događaja, ako je njen zamah usmjeren na odgovarajući način i rođenje para se dogodilo gotovo na samom horizontu (u ovom slučaju rupa troši energiju da razbije par) . Tada neće doći do poništavanja, a partner okretne čestice će odletjeti iz crne rupe. Kao rezultat, energija se smanjuje, a time i masa rupe za iznos jednak masi bjegunca. Ovaj "gubitak težine" naziva se isparavanjem crne rupe.

Kada je opisivao zračenje crnih rupa, Hawking je operirao upravo virtuelnim česticama. To je razlika između njegove teorije i gledišta Gribova, Zeldoviča i Starobinskog, izraženog 1973. godine. Sovjetski fizičari su tada ukazali na mogućnost kvantnog tuneliranja stvarnih čestica kroz horizont događaja, zbog čega bi crna rupa trebala imati zračenje.

Šta je Hawkingovo zračenje

Crne rupe, prema teoriji naučnika, same ne zrače ništa. Međutim, fotoni koji izlaze iz crne rupe imaju termalni spektar. Za posmatrača, ovaj "ishod" čestica trebao bi izgledati kao rupa, kao i svako zagrijano tijelo, emituje neku vrstu zračenja, prirodno gubeći energiju u tom procesu. Čak je moguće izračunati temperaturu povezanu sa Hawkingovim zračenjem koristeći formulu TPH=(h∙c3)/(16p2∙k∙G∙M), gdje je h Plankova konstanta (nije redukovana!), c je brzina svjetlosti. , k je Boltzmanova konstanta, G je gravitaciona konstanta, M je masa crne rupe. Ova temperatura će otprilike biti jednaka 6,169∙10-8 K∙(M0/M), gdje je M0 masa Sunca. Ispostavilo se da što je crna rupa masivnija, to je niža temperatura koja odgovara zračenju.

Ali crna rupa nije zvijezda. Gubeći energiju, ne hladi se. Obrnuto! Kako se masa smanjuje, rupa postaje toplija. Gubitak mase znači smanjenje radijusa. Kao rezultat, isparavanje se nastavlja sa sve većim intenzitetom. Iz toga slijedi da male rupe moraju završiti svoje isparavanje eksplozijom. Istina, samo postojanje takvih mikrorupa ostaje hipotetičko.

Postoji alternativni opis Hawkingovog procesa zasnovan na Unruh efektu (takođe hipotetički), koji predviđa registraciju toplotnog zračenja od strane posmatrača koji ubrzava. Ako je povezan sa inercijskim referentnim okvirom, tada neće detektovati nikakvo zračenje. Vakum oko objekta koji se brzo urušava za posmatrača će takođe biti ispunjen zračenjem sa termičkim karakteristikama.

Problem sa informacijama

Nevolja koju je stvorila Hawkingova teorija zračenja vezana je za takozvanu "teoremu bez dlake" za crnu rupu. Njegova suština je ukratko sljedeća: rupa je potpuno indiferentna prema tome kakve karakteristike ima predmet koji je zapao iza horizonta događaja. Bitna je masa kojom je rupa narasla. Informacije o parametrima tijela koje je u njega palo pohranjene su unutra, iako nisu dostupne posmatraču. A Hawkingova teorija nam govori da crne rupe, ispostavilo se, nisu vječne. Ispostavilo se da informacije koje bi bile pohranjene u njima nestaju zajedno s rupama. Za fizičare ova situacija nije dobra, jer dovodi do potpuno besmislenih vjerovatnoća pojedinačnih procesa.

Nedavno je došlo do pozitivnih pomaka u rješavanju ovog paradoksa, uključujući i učešće samog Hawkinga. 2015. godine je konstatovano da je zbog posebnih svojstava vakuuma moguće otkriti beskonačan broj parametara zračenja rupe, odnosno iz nje „izvući“ informacije.

Problem sa registracijom

Poteškoće u rješavanju takvih paradoksa pogoršava činjenica da se Hawkingovo zračenje ne može detektirati. Pogledajmo još jednom gornju formulu. Pokazuje koliko su crne rupe hladne - stomilioniti deo Kelvina za rupe solarne mase i radijusa od tri kilometra! Njihovo postojanje je vrlo sumnjivo.

Međutim, postoji nada za mikroskopske (vruće, reliktne) crne rupe. Ali do sada niko nije posmatrao ove teoretski predviđene svedoke najranijih epoha Univerzuma.

Na kraju, treba dodati malo optimizma. 2016. godine pojavio se izvještaj o otkriću analoga kvantnog Hawkingovog zračenja na akustičnom modelu horizonta događaja. Analogija se takođe zasniva na Unruh efektu. Iako ima ograničen opseg, na primjer, ne dozvoljava proučavanje nestajanja informacija, međutim, postoji nada da će takve studije pomoći u stvaranju nove teorije crnih rupa koja uzima u obzir kvantne pojave.

Kievyan street, 16 0016 Armenia, Yerevan +374 11 233 255

Uglavnom fotoni, crne rupe. Na osnovu energije i "href="http://en.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 "> zakona održanja energije i , ovaj proces je praćen smanjenjem mase crne rupe, odnosno njenim "isparavanjem". Teoretski predvidio Stephen Hawking 1973. godine. Hawking Radu je prethodila njegova posjeta Moskvi 1973. godine, gdje se susreo sa sovjetskim naučnicima Jakovom Zeldovičem i Aleksandrom Starobinskim, koji su Hawkingu demonstrirali da, u skladu s principom neizvjesnosti kvantne mehanike, rotirajuće crne rupe moraju generirati i zračiti čestice.

Isparavanje crne rupe je čisto kvantni proces. Činjenica je da koncept crne rupe kao objekta koji ništa ne emituje, već može samo apsorbirati materiju, vrijedi sve dok se kvantni efekti ne uzimaju u obzir. U kvantnoj mehanici, zahvaljujući tuneliranju, postaje moguće prevazići potencijalne barijere koje su nepremostive za nekvantni sistem.

U slučaju crne rupe situacija je sljedeća. U kvantnoj teoriji polja, fizički vakuum je ispunjen fluktuacijama različitih polja koje se stalno pojavljuju i nestaju (možemo reći i "virtualne čestice"). U polju vanjskih sila dinamika ovih fluktuacija se mijenja, a ako su sile dovoljno velike, parovi čestica-antičestica mogu se rađati direktno iz vakuuma. Takvi se procesi također dešavaju u blizini (ali još uvijek izvan) horizonta događaja crne rupe. U ovom slučaju moguć je slučaj kada se ukupna energija antičestice pokaže negativnom, a ukupna energija čestice pozitivna. Padajući u crnu rupu, antičestica smanjuje svoju ukupnu energiju mirovanja, a time i masu, dok je čestica u stanju da odleti u beskonačnost. Dalekom posmatraču ovo izgleda kao zračenje iz crne rupe.

Važna je ne samo činjenica zračenja, već i činjenica da ovo zračenje ima termalni spektar. To znači da zračenje u blizini horizonta događaja crne rupe može biti povezano s određenom temperaturom

gdje je Plankova konstanta, c je brzina svjetlosti u vakuumu, k- Bolcmanova konstanta, G je gravitaciona konstanta, i konačno, M je masa crne rupe. Razvojem teorije moguće je konstruisati potpunu termodinamiku crnih rupa.

Međutim, takav pristup crnoj rupi je u sukobu s kvantnom mehanikom i dovodi do problema nestanka informacija u crnoj rupi.

Do sada, učinak nije potvrđen opservacijama. Prema opštoj relativnosti, tokom formiranja Univerzuma trebalo je da se rode primarne crne rupe, od kojih bi neke (sa početnom masom od 10 12 kg) trebalo da završe isparavanjem u naše vreme. Budući da se brzina isparavanja povećava kako se veličina crne rupe smanjuje, posljednje faze moraju biti u suštini eksplozija crne rupe. Do sada nisu zabilježene takve eksplozije.

Eksperimentalna potvrda

Istraživači sa Univerziteta u Milanu kažu da su posmatrali efekat Hokingovog zračenja stvaranjem antipoda crne rupe - takozvane bijele rupe. Za razliku od bijele rupe koja izvana “usisava” svu materiju i radijaciju, bijela rupa potpuno zaustavlja svjetlo koje ulazi u nju, stvarajući tako granicu, horizont događaja. U eksperimentu je ulogu bijele rupe igrao kristal kvarca, koji je imao određenu strukturu i bio je smješten u posebnim uvjetima, unutar kojih su svjetlosni fotoni potpuno prestali. Osvetljavajući pomenuti kristal svetlošću infracrvenog lasera, naučnici su otkrili i potvrdili postojanje efekta ponovnog zračenja, Hawkingovog zračenja.

Fizičar Jeff Steinhauer sa Izraelskog instituta za tehnologiju u Haifi otkrio je radijaciju koju je predvidio Stephen Hawking još 1974. godine. Naučnik je stvorio akustični analog crne rupe i u eksperimentima pokazao da emituje zračenje koje ima kvantnu prirodu. Članak je objavljen u časopisu Nature Physics, ukratko o studiji prenosi BBC News.
...Fiksirati ovo zračenje na pravu crnu rupu još nije moguće, jer je preslabo. Stoga je Steinhauer koristio svoj analog - takozvanu "slijepu rupu". Da bi modelirao horizont događaja crne rupe, uzeo je Bose-Einstein kondenzat iz atoma rubidijuma ohlađenih na temperature blizu apsolutne nule.
Brzina širenja zvuka u njemu je vrlo mala - oko 0,5 mm / s. A ako stvorite granicu s jedne strane na kojoj se atomi kreću podzvučnom brzinom, a s druge strane ubrzavaju do nadzvučne brzine, tada će ova granica biti slična horizontu događaja crne rupe. Atomski kvanti - u ovom slučaju fononi - uhvaćeni su u eksperimentu od strane područja sa nadzvučnom brzinom. Parovi fonona su bili pokvareni, jedan je bio u jednoj regiji, a drugi u drugoj. Korelacije koje je naučnik zabilježio ukazuju na to da se ispostavilo da su čestice kvantno zapletene.