Hawkingovo záření: už neexistují žádná tajemství. Hawkingovo záření: Pojem, charakteristika a problémy teorie Hawkingových částic

Hawkingovo záření je proces záření různých elementárních částic, který teoreticky popsal britský vědec Stephen Hawking v roce 1974.

Dávno před zveřejněním práce Stephena Hawkinga vyjádřil možnost emise částic černými dírami sovětský teoretický fyzik Vladimir Gribov v diskusi s dalším vědcem Jakovem Zel'dovichem.

Při studiu chování elementárních částic v blízkosti černé díry navštívil v roce 1973 třicetiletý Stephen Hawking Moskvu. V hlavním městě se mu podařilo zúčastnit se vědecké diskuse se dvěma významnými sovětskými vědci Alexejem Starobinským a Jakovem Zeldovičem. Poté, co nějakou dobu pracovali na Gribovově nápadu, dospěli k závěru, že černé díry mohou vyzařovat díky tunelovému efektu. To druhé znamená existenci pravděpodobnosti, že částice může překonat jakoukoli bariéru z pohledu kvantové fyziky. Hawking se zájmem o toto téma problematiku podrobně prostudoval a v roce 1974 publikoval svou práci, po níž bylo po něm pojmenováno zmíněné záření.

Stephen Hawking popsal proces emise částic černou dírou trochu jiným způsobem. Základní příčinou takového záření jsou takzvané „virtuální částice“.

V procesu popisu interakcí mezi částicemi vědci došli k závěru, že k interakcím mezi nimi dochází výměnou určitých kvant („částí“ nějaké fyzikální veličiny). Například elektromagnetická interakce v atomu mezi elektronem a protonem probíhá výměnou fotonů (nosičů elektromagnetické interakce).

Pak však nastává následující problém. Pokud tento elektron považujeme za volnou částici, pak v žádném případě nemůže jednoduše emitovat nebo absorbovat foton, podle principu zachování energie. To znamená, že nemůže jednoduše ztratit nebo získat určité množství energie. Poté vědci vytvořili takzvané „virtuální částice“. Ty druhé se od skutečných liší tím, že se rodí a mizí tak rychle, že je nelze zaregistrovat. Jediné, co mají virtuální částice za krátkou dobu svého života udělat, je přenést hybnost na jiné částice, aniž by předávaly energii.

I prázdný prostor se tedy díky nějakým fyzikálním výkyvům (náhodným odchylkám od normy) těmito virtuálními částicemi, které se neustále rodí a ničí, prostě jen hemží.

Hawkingovo záření

Na rozdíl od sovětských fyziků je popis záření Stephena Hawkinga založen na abstraktních, virtuálních částicích, které jsou nedílnou součástí kvantové teorie pole. Britský teoretický fyzik uvažuje o spontánním generování těchto virtuálních částic na černé díře. V tomto případě je silné gravitační pole černé díry schopno „roztáhnout“ virtuální částice ještě předtím, než jsou zničeny, a tím je proměnit ve skutečné. Podobné procesy jsou experimentálně pozorovány na synchrofasotronech, kde se vědcům daří tyto částice roztahovat od sebe a přitom vynakládat určité množství energie.

Z hlediska fyziky je vznik skutečných částic, které mají hmotnost, spin, energii a další vlastnosti v prázdném prostoru „z ničeho“, v rozporu se zákonem zachování energie, což znamená, že je to prostě nemožné. K "přeměně" virtuálních částic na skutečné bude tedy podle známého zákona zapotřebí energie, ne menší než celková hmotnost těchto dvou částic. Takovou zásobu energie spotřebovává také černá díra, aby roztrhla virtuální částice na horizontu událostí.

V důsledku procesu stahování se jedna z částic, která je blíže horizontu událostí nebo dokonce pod ním, "promění" ve skutečnou a jde směrem k černé díře. Druhý v opačném směru se vydává na volnou plavbu vesmírem. Po provedení matematických výpočtů se lze přesvědčit, že i přes přijatou energii (hmotnost) z částice, která dopadla na povrch černé díry, je energie vynaložená černou dírou na proces tažení záporná. Čili nakonec v důsledku popsaného procesu černá díra ztratila jen určité množství energie, která se navíc přesně rovná energii (hmotnosti), kterou má „vylétnutá“ částice.

Podle popsané teorie tedy černá díra nevyzařuje žádné částice, ale přispívá k takovému procesu a ztrácí ekvivalentní energii. Podle již zmíněného Einsteinova zákona o ekvivalenci hmoty a energie je jasné, že černá díra nemá odkud brát energii, kromě své vlastní hmoty.

Shrneme-li vše výše uvedené, můžeme říci, že černá díra vyzařuje částici a při tom ztrácí část hmoty. Posledně jmenovaný proces byl nazván „odpařováním černé díry“. Na základě teorie Hawkingova záření lze odhadnout, že po nějaké době, i když velmi dlouhé (biliony let), černé díry prostě jsou.

Zajímavosti

• Mnoho lidí se obává, že se ve Velkém hadronovém urychlovači (LHC) mohou vytvořit černé díry a mohou ohrozit životy pozemšťanů. Zrození černých děr na LHC je možné pouze v případě existence dalších dimenzí časoprostoru a přítomnosti silné gravitační interakce na malých vzdálenostech. Takto vzniklá mikroskopická černá díra se však okamžitě vypaří vlivem Hawkingova záření.
• Na základě Hawkingova záření může fungovat singulární reaktor nebo kolapsarový reaktor, hypotetické zařízení, které generuje mikroskopické černé díry. Energie záření vzniklého v důsledku jejich vypařování bude hlavním zdrojem energie pro reaktor.

Přestože Velký hadronový urychlovač vypadá hrozivě, kvůli Hawkingově radiaci se není čeho bát.

• Stephen Hawking se zveřejněním své práce o záření černých děr pohádal s dalším slavným vědcem – Kipem Thornem. Předmětem sporu byla povaha objektu, který o sobě tvrdí, že je černou dírou, tzv. Navzdory skutečnosti, že Hawkingova práce byla založena na předpokladu existence černých děr, tvrdil, že Cygnus X-1 není černá díra. Je pozoruhodné, že předplatné časopisů fungovalo jako sazby. Thornova sázka představovala čtyřleté předplatné satirického časopisu Private Eye, zatímco Hawkingovo roční předplatné erotického časopisu Penthouse. Logiku svého tvrzení ve sporu Stephen argumentoval takto: „i když se ukáže, že se mýlím při tvrzení o existenci černých děr, vyhraju alespoň předplatné časopisu“

Hawking a mikrogravitace (Zvraceníkometa)

V takovém scénáři všechny ostatní informace o hmotě, která vytvořila černou díru nebo do ní spadla (pro niž se „vlas“ používá jako metafora), „zmizí“ za horizontem událostí černé díry, a proto jsou zachovány, ale budou nepřístupné. pro vnější pozorovatele.

V roce 1973 Hawking odcestoval do Moskvy a setkal se se sovětskými vědci Jakovem Zeldovičem a Alexejem Starobinským. Během diskusí s nimi o jejich práci mu ukázali, jak princip neurčitosti vedl černé díry k vyzařování částic. To zpochybnilo druhý Hawkingův zákon termodynamiky černých děr (to znamená, že černé díry se nemohou zmenšit), protože musí také ztrácet hmotu kvůli energii.

Navíc podpořil teorii, kterou předložil Jacob Bekenstein, postgraduální student na John Wheeler University, že černé díry musí mít konečnou nenulovou teplotu a entropii. To vše odporovalo „teorému bez vlasů“. Hawking brzy revidoval svůj teorém a ukázal, že když se vezmou v úvahu kvantově mechanické efekty, ukáže se, že černé díry vyzařují tepelné záření o určité teplotě.

V roce 1974 Hawking představil své poznatky a ukázal, že černé díry vyzařují záření. Tento efekt se stal známým jako „Hawkingovo záření“ a byl zpočátku kontroverzní. Ale koncem 70. let a po zveřejnění dalších výzkumů byl objev uznán jako významný průlom v oblasti teoretické fyziky.

Jedním z důsledků takové teorie však bylo, že černé díry postupně ztrácejí hmotu a energii. Kvůli tomu se černé díry, které ztrácejí více hmoty, než získávají, musí zmenšit a nakonec zmizet, což je fenomén nyní známý jako „vypařování“ černých děr.

V roce 1981 Hawking navrhl, že informace v černé díře se nenávratně ztratí, když se černá díra vypaří, v tom, co se stalo známým jako „informační paradox černé díry“. Tvrdil, že fyzikální informace mohou navždy zmizet v černé díře, což umožní více fyzikálním stavům konvergovat do jednoho.

Tato teorie se ukázala jako kontroverzní, protože porušovala dva základní principy kvantové fyziky. Kvantová fyzika tvrdí, že úplná informace fyzikálního systému – stav jeho hmoty (hmotnost, poloha, rotace, teplota atd.) – je zakódována v jeho vlnové funkci, dokud se funkce nezhroutí. To zase vede ke dvěma dalším principům.

První, kvantový determinismus, uvádí, že – vzhledem k současné vlnové funkci – budoucí změny jsou jednoznačně určeny operátorem evoluce. Druhá - reverzibilita - uvádí, že operátor evoluce má inverzní stranu, což znamená, že minulé vlnové funkce jsou také jedinečné. Kombinace těchto principů vede k tomu, že informace o kvantovém stavu hmoty musí být vždy zachovány.

Hawking v Bílém domě na ceremonii Medaile svobody

Předpokladem, že informace zmizí, když se černá díra vypaří, Hawking v podstatě vytvořil zásadní paradox. Pokud se černá díra může vypařit, a tím způsobit zmizení všech informací o kvantové vlnové funkci, pak by informace mohly být v zásadě navždy ztraceny. Tato otázka se stala předmětem debat mezi vědci a dodnes zůstává prakticky nevyřešena.

Přesto v roce 2003 existovala určitá shoda mezi fyzikou, že Hawking se mýlil ohledně ztráty informací v černé díře. Na přednášce v Dublinu v roce 2004 přiznal, že prohrál sázku na toto téma s Johnem Preskillem z Caltechu (kterou uzavřel v roce 1997), ale předložil své vlastní a poněkud kontroverzní řešení problému paradoxu: je možné, že černé díry mohou mít více než jednu topologii.

V článku z roku 2005, který publikoval na toto téma, „Ztráta informací v černých dírách“, tvrdil, že informační paradox se vysvětluje studiem všech alternativních historií vesmírů, kde je ztráta informací v jednom s černými dírami kompenzována v jiném bez nich. V důsledku toho Hawking v lednu 2014 nazval informační paradox černé díry svou „největší chybou“.

Hawking a Peter Higgs u velkého hadronového urychlovače

Kromě rozšíření našeho chápání černých děr a kosmologie prostřednictvím aplikace obecné teorie relativity a kvantové mechaniky se Stephen Hawking také zasloužil o přiblížení vědy širšímu publiku. Během své dlouhé vědecké kariéry také publikoval mnoho populárních knih, hodně cestoval a přednášel, vystupoval v televizních pořadech a filmech.

Během své kariéry se Hawking stal také významným pedagogem, osobně produkoval 39 úspěšných doktorandů. Jeho jméno zůstane v historii hledání mimozemské inteligence a vývoje robotiky a umělé inteligence. Dne 20. července 2015 pomohl Stephen Hawking zahájit iniciativu Breakthrough Initiatives, která se zaměřuje na hledání mimozemského života ve vesmíru.

Stephen Hawking je bezpochyby jedním z nejslavnějších současných vědců. Jeho práce v oblasti astrofyziky a kvantové mechaniky vedla k průlomům v našem chápání prostoru a času a vyvolala mezi vědci mnoho kontroverzí. Málokterý žijící vědec neudělal tolik, aby přitáhl pozornost široké veřejnosti k vědě.

V Hawkingovi je něco od jeho předchůdce Alberta Einsteina – dalšího vlivného a slavného vědce, který udělal vše pro boj s nevědomostí a pokrok ve vědě. Co je ale nejpůsobivější je, že všechno, co Hawking ve svém životě (od určitého okamžiku) udělal, bylo v nelítostném boji s degenerativními chorobami. (Čtěte například a zůstaňte zcela nehybní.)

Více než 52 let žil Hawking s nemocí, která ho podle lékařů měla připravit o život do 2 let. A až přijde den, kdy Hawking už nebude mezi námi, čas ho jistě postaví vedle Einsteina, Newtona, Galilea a Curie jako jednoho z největších vědců v historii lidstva.

Největší kosmolog a teoretický fyzik naší doby. Narozený v roce 1942, budoucí vědec začal pociťovat zdravotní problémy ve věku 20 let. Amyotrofická laterální skleróza ztěžovala studium na katedře teoretické fyziky v Oxfordu, ale nebránila Stephenovi vést velmi aktivní životní styl plný událostí. V roce 1965 se oženil a v roce 1974 se stal členem Královské společnosti v Londýně. V té době už měl dceru a dva syny. V roce 1985 vědec přestal mluvit. Dnes si v jeho těle zachoval pohyblivost pouze jeden na tváři. Zdálo se, že je zcela nehybný a odsouzený k záhubě. V roce 1995 se však znovu oženil a v roce 2007 ... létá v nulové gravitaci.

Na Zemi není žádný člověk zbavený mobility, který by žil tak plný, užitečný a zajímavý život.

Ale to není všechno. Největším Hawkingovým rozvojem byla teorie černých děr. „Hawkingova teorie“, jak se jí nyní říká, radikálně změnila dlouhodobé názory vědců na černé díry vesmíru.

Na začátku práce na teorii vědec stejně jako mnoho jeho kolegů tvrdil, že vše, co se do nich dostane, je navždy zničeno. Tento informační paradox pronásledoval armádu a vědce po celém světě. Věřilo se, že není možné stanovit žádné vlastnosti těchto vesmírných objektů, s výjimkou hmoty.

Po zahájení studia černých děr v roce 1975 Hawking zjistil, že neustále emitují proud fotonů a některých dalších elementárních částic do vesmíru. Nicméně i sám vědec si byl jistý, že „Hawkingovo záření“ bylo náhodné, nepředvídatelné. Britský vědec si nejprve myslel, že toto záření nenese žádnou informaci.

Vlastností brilantní mysli je však schopnost neustále pochybovat. Hawking pokračoval ve svém výzkumu a zjistil, že vypařování černé díry (tj. Hawkingovo záření) je kvantové povahy. To mu umožnilo dojít k závěru, že informace, které spadly do Černé díry, nejsou zničeny, ale změněny. Teorie, že stav díry je trvalý, je pravdivá při pohledu z hlediska nekvantové fyziky.

Vzhledem ke kvantové teorii je vakuum naplněno „virtuálními“ částicemi, které vyzařují různá fyzikální pole. Síla záření se neustále mění. Když se stane velmi silným, mohou se páry částice-antičástice zrodit přímo z vakua na horizontu událostí (hranici) Černé díry. Pokud se ukáže, že celková energie jedné částice je pozitivní a druhá - negativní, pokud částice současně spadly do černé díry, začnou se chovat jinak. Negativní antičástice začne snižovat klidovou energii Černé díry, zatímco pozitivní částice má tendenci k nekonečnu.

Zvenčí tento proces vypadá jako vypařování z černé díry. Tomu se říká „Hawkingovo záření“. Vědec zjistil, že toto „vypařování“ zkreslených informací má své vlastní tepelné spektrum, viditelné přístroji, a určitou teplotu.

Hawkingovo záření podle samotného vědce naznačuje, že ne všechny informace se ztratí a navždy zmizí v černé díře. Je si jistý, že kvantová fyzika dokazuje nemožnost úplného zničení nebo ztráty informací. A to znamená, že taková informace, byť v pozměněné podobě, obsahuje Hawkingovo záření.

Pokud má vědec pravdu, pak lze minulost a budoucnost černých děr zkoumat stejným způsobem jako historii jiných planet.

Bohužel názor na možnost cestování časem nebo do jiných vesmírů pomocí Černých děr. Přítomnost Hawkingova záření dokazuje, že jakýkoli předmět, který spadne do díry, se vrátí do našeho Vesmíru ve formě změněné informace.

Ne všichni vědci sdílejí víru britského fyzika. I oni je však odmítají vyzvat. Dnes celý svět čeká na nové Hawkingovy publikace, ve kterých slíbil podrobně a přesvědčivě potvrdit objektivitu své teorie, která obrátila vědecký svět naruby.

Vědcům se navíc v laboratoři podařilo získat Hawkingovo záření. To se stalo v roce 2010.

Existuje jev, který odráží tak odlišné jevy, jako jsou černé díry a elementární částice v jejich interakci. Je to Hawkingovo záření nebo kvantové...

Od Masterweb

26.06.2018 18:00

Černé díry a elementární částice. Moderní fyzika spojuje koncepty těchto objektů, z nichž první je popsán v rámci Einsteinovy ​​teorie gravitace a druhý v matematických konstrukcích kvantové teorie pole. Je známo, že tyto dvě krásné a opakovaně potvrzené experimentální teorie spolu příliš „nekamarádí“. Existuje však fenomén, který odráží takové odlišné jevy v jejich interakci. Jde o Hawkingovo záření neboli kvantové vypařování černých děr. co to je? Jak to funguje? Dá se to objevit? O tom si povíme v našem článku.

Černé díry a jejich horizonty

Představme si nějakou oblast časoprostorového kontinua obsazenou fyzickým tělem, například hvězdou. Pokud je tato oblast charakterizována takovým poměrem poloměru a hmotnosti, že gravitační zakřivení kontinua nedovolí, aby ji cokoliv (ani světelný paprsek) opustilo, nazývá se taková oblast černá díra. V jistém smyslu je to skutečně díra, mezera v kontinuu, jak je často zobrazována na ilustracích, pomocí dvourozměrné reprezentace prostoru.

V tomto případě nás však nebude zajímat zející hloubka tohoto propadu, ale hranice černé díry, zvané horizont událostí. V rámci úvahy o otázce Hawkingova záření je důležitým rysem horizontu to, že průsečík tohoto povrchu trvale a zcela odděluje jakýkoli fyzický objekt od vesmíru.

O vakuu a virtuálních částicích

V chápání kvantové teorie pole není vakuum vůbec prázdnotou, ale zvláštním médiem (přesněji stavem hmoty), tedy polem, jehož všechny kvantové parametry jsou rovny nule. Energie takového pole je minimální, ale neměli bychom zapomínat na princip neurčitosti. V plném souladu s tím vakuum vykazuje spontánní fluktuační aktivitu. Vyjadřuje se kolísáním energie, což v žádném případě neporušuje zákon zachování.

Čím vyšší je vrchol kolísání energie vakua, tím kratší je jeho trvání. Pokud má takové kmitání energii 2mc2, postačující pro zrod dvojice částic, ty sice vzniknou, ale okamžitě anihilují, aniž by měly čas se rozptýlit. Tím pádem zaženou fluktuaci. Takové virtuální částice se rodí na úkor energie vakua a tuto energii mu vracejí, když zemřou. Jejich existence byla experimentálně potvrzena například při registraci slavného Casimirova jevu, který demonstruje tlak plynu virtuálních částic na makroobjekt.

Pro pochopení Hawkingova záření je důležité, že částice v takovém procesu (ať už elektrony s pozitrony nebo fotony) jsou nutně produkovány v párech a jejich celková hybnost je nulová.

Vyzbrojeni fluktuací vakua ve formě virtuálních párů se přiblížíme k okraji černé díry a uvidíme, co se tam stane.

Na okraji propasti

Díky přítomnosti horizontu událostí je černá díra schopna zasahovat do procesu spontánních oscilací vakua. Slapové síly v blízkosti povrchu díry jsou obrovské a gravitační pole je zde extrémně nehomogenní. Zvyšuje dynamiku tohoto jevu. Páry částic by měly být produkovány mnohem aktivněji než při absenci vnějších sil. K tomuto procesu černá díra vynakládá svou gravitační energii.

Nic nebrání jedné z částic „potopit se“ pod horizont událostí, pokud je její hybnost nasměrována vhodným způsobem a zrození páru nastalo téměř na samém horizontu (v tomto případě díra spotřebovává energii na rozbití páru) . Pak nedojde k žádné anihilaci a partner hbité částice odletí od černé díry. V důsledku toho se energie a tím i hmotnost díry sníží o množství rovnající se hmotnosti uprchlíka. Tomuto „úbytku hmotnosti“ se říká vypařování černé díry.

Při popisu záření černých děr Hawking přesně operoval s virtuálními částicemi. To je rozdíl mezi jeho teorií a pohledem Gribova, Zeldoviče a Starobinského, vyjádřeným v roce 1973. Sovětští fyzici pak poukázali na možnost kvantového tunelování reálných částic horizontem událostí, v důsledku čehož by měla mít černá díra záření.

Co je Hawkingovo záření

Černé díry podle vědcovy teorie samy nic nevyzařují. Fotony opouštějící černou díru však mají tepelné spektrum. Pro pozorovatele by tento „výsledek“ částic měl vypadat jako díra, jako každé zahřáté těleso, vyzařuje nějaký druh záření a přirozeně při tom ztrácí energii. Je dokonce možné vypočítat teplotu spojenou s Hawkingovým zářením pomocí vzorce TPH=(h∙c3)/(16p2∙k∙G∙M), kde h je Planckova konstanta (neredukována!), c je rychlost světla , k je Boltzmannova konstanta, G je gravitační konstanta, M je hmotnost černé díry. Přibližně tato teplota bude rovna 6,169∙10-8 K∙(M0/M), kde M0 je hmotnost Slunce. Ukazuje se, že čím hmotnější je černá díra, tím nižší je teplota odpovídající záření.

Ale černá díra není hvězda. Ztrácí energii, nechladí. Naopak! Jak se hmota snižuje, otvor se zahřívá. Ztráta hmoty znamená zmenšení poloměru. V důsledku toho probíhá odpařování se zvyšující se intenzitou. Z toho vyplývá, že malé otvory musí dokončit své odpaření výbuchem. Pravda, samotná existence takových mikroděr zůstává hypotetická.

Existuje alternativní popis Hawkingova procesu založený na Unruhově jevu (rovněž hypotetický), který předpovídá registraci tepelného záření zrychlujícím se pozorovatelem. Pokud je spojena s inerciální referenční soustavou, pak nebude detekovat žádné záření. Vakuum kolem rychle se hroutícího objektu pro pozorovatele bude také vyplněno zářením s tepelnými charakteristikami.

Informační problém

Potíž, kterou Hawkingova radiační teorie způsobila, souvisí s takzvaným „no-hair teorémem“ pro černou díru. Jeho podstata je ve stručnosti následující: díra je zcela lhostejná k tomu, jaké vlastnosti měl objekt, který zapadl za horizont událostí. Důležitá je hmotnost, o kterou díra vyrostla. Uvnitř jsou uloženy informace o parametrech tělesa, které do něj spadlo, ačkoliv je pozorovatel nemá k dispozici. A Hawkingova teorie nám říká, že černé díry, jak se ukazuje, nejsou věčné. Ukazuje se, že informace, které by v nich byly uloženy, zmizí spolu s dírami. Pro fyziky tato situace není dobrá, protože vede ke zcela nesmyslným pravděpodobnostem jednotlivých procesů.

V poslední době došlo k pozitivnímu vývoji v řešení tohoto paradoxu, včetně účasti samotného Hawkinga. V roce 2015 bylo konstatováno, že díky speciálním vlastnostem vakua je možné odhalit nekonečné množství parametrů záření díry, tedy „vytáhnout“ z ní informace.

Problém s registrací

Obtížnost řešení takových paradoxů je umocněna skutečností, že Hawkingovo záření nelze detekovat. Podívejme se znovu na vzorec výše. Ukazuje, jak chladné jsou černé díry – stovky milionů Kelvina pro díry o hmotnosti Slunce a poloměru tří kilometrů! Jejich existence je velmi pochybná.

Existuje však naděje na mikroskopické (horké, reliktní) černé díry. Ale zatím nikdo nepozoroval tyto teoreticky předpovězené svědky nejstarších epoch vesmíru.

Na závěr je potřeba dodat trochu optimismu. V roce 2016 se objevila zpráva o objevu analogu kvantového Hawkingova záření na akustickém modelu horizontu událostí. Analogie je také založena na Unruh efektu. Má sice omezený rozsah, například neumožňuje studovat mizení informací, nicméně existuje naděje, že takové studie pomohou při vytváření nové teorie černých děr, která bere v úvahu kvantové jevy.

Kyjevská ulice, 16 0016 Arménie, Jerevan +374 11 233 255

Většinou fotony, černé díry. Díky energii a "href="http://ru.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 "> zákona zachování energie a , tento proces je doprovázen úbytkem hmotnosti černé díry, tedy jejím „vypařováním". Teoreticky předpověděl Stephen Hawking v roce 1973. Hawkingův práci předcházela jeho návštěva Moskvy v roce 1973, kde se setkal se sovětskými vědci Jakovem Zel'dovičem a Alexandrem Starobinským, kteří Hawkingovi ukázali, že podle principu neurčitosti kvantové mechaniky musí rotující černé díry generovat a vyzařovat částice.

Vypařování černé díry je čistě kvantový proces. Faktem je, že koncept černé díry jako objektu, který nic nevyzařuje, ale může pouze absorbovat hmotu, platí, dokud se neberou v úvahu kvantové efekty. V kvantové mechanice je díky tunelování možné překonat potenciální bariéry, které jsou pro nekvantový systém nepřekonatelné.

V případě černé díry je situace následující. V kvantové teorii pole je fyzikální vakuum naplněno neustále vznikajícími a mizejícími fluktuacemi různých polí (můžeme také říci „virtuální částice“). V poli vnějších sil se mění dynamika těchto fluktuací a pokud jsou síly dostatečně velké, mohou se z vakua přímo zrodit páry částice-antičástice. Takové procesy se také vyskytují poblíž (ale stále mimo) horizontu událostí černé díry. V tomto případě je možný případ, kdy se celková energie antičástice ukáže jako záporná a celková energie částice kladná. Pádem do černé díry antičástice snižuje svou celkovou klidovou energii a tím i hmotnost, zatímco částice je schopna odletět do nekonečna. Pro vzdáleného pozorovatele to vypadá jako záření z černé díry.

Důležitá je nejen skutečnost záření, ale také to, že toto záření má tepelné spektrum. To znamená, že záření v blízkosti horizontu událostí černé díry může být spojeno s určitou teplotou

kde je Planckova konstanta, C je rychlost světla ve vakuu, k- Boltzmannova konstanta, G je gravitační konstanta a nakonec, M je hmotnost černé díry. Rozvojem teorie je možné sestrojit kompletní termodynamiku černých děr.

Takový přístup k černé díře je však v rozporu s kvantovou mechanikou a vede k problému mizení informace v černé díře.

Účinek zatím nebyl pozorováním potvrzen. Podle obecné teorie relativity se během formování vesmíru měly zrodit primární černé díry, z nichž některé (s počáteční hmotností 10 12 kg) by se měly v naší době dokončit vypařování. Vzhledem k tomu, že rychlost vypařování se zvyšuje se zmenšující se velikostí černé díry, poslední fáze musí být v podstatě výbuchem černé díry. Dosud nebyly zaznamenány žádné takové výbuchy.

Experimentální potvrzení

Výzkumníci z univerzity v Miláně tvrdí, že pozorovali účinek Hawkingova záření vytvořením antipodu černé díry, takzvané bílé díry. Na rozdíl od bílé díry, která „nasává“ veškerou hmotu a záření zvenčí, bílá díra zcela zastaví světlo, které do ní vstupuje, a vytváří tak hranici, horizont událostí. V experimentu sehrál roli bílé díry krystal křemene, který měl určitou strukturu a byl umístěn do speciálních podmínek, uvnitř kterých se světelné fotony zcela zastavily. Osvícením zmíněného krystalu infračerveným laserovým světlem vědci objevili a potvrdili existenci reemisního efektu, Hawkingova záření.

Fyzik Jeff Steinhauer z Izraelského technologického institutu v Haifě detekoval záření, které předpověděl Stephen Hawking již v roce 1974. Vědec vytvořil akustickou obdobu černé díry a v experimentech ukázal, že vyzařuje záření, které má kvantovou povahu. Článek byl publikován v časopise Nature Physics, stručně o studii informuje BBC News.
...Zafixovat toto záření na skutečné černé díře zatím není možné, protože je příliš slabé. Steinhauer proto použil její obdobu – tzv. „slepou díru“. Aby modeloval horizont událostí černé díry, vzal Bose-Einsteinův kondenzát z atomů rubidia ochlazených na teploty blízké absolutní nule.
Rychlost šíření zvuku v něm je velmi malá - asi 0,5 mm/s. A pokud vytvoříte hranici, na jejíž jedné straně se atomy pohybují podzvukovou rychlostí a na druhé straně zrychlují na nadzvukovou rychlost, pak bude tato hranice podobná horizontu událostí černé díry. Atomová kvanta – v tomto případě fonony – byla v experimentu zachycena oblastí s nadzvukovou rychlostí. Páry fononů byly rozbité, jeden byl v jedné oblasti a druhý v jiné. Korelace zaznamenané vědcem naznačují, že částice jsou kvantově propletené.