Radiación de Hawking: no más misterios. Radiación de Hawking: concepto, características y problemas de la teoría de las partículas de Hawking.

La radiación de Hawking es el proceso de emisión de diversas partículas elementales, descrito teóricamente por el científico británico Stephen Hawking en 1974.

Mucho antes de la publicación de los trabajos de Stephen Hawking, el físico teórico soviético Vladimir Gribov expresó la posibilidad de radiación de partículas de los agujeros negros en una discusión con otro científico, Yakov Zeldovich.

Mientras estudiaba el comportamiento de las partículas elementales cerca de un agujero negro, Stephen Hawking, de treinta años, visitó Moscú en 1973. En la capital pudo participar en un debate científico con dos destacados científicos soviéticos, Alexei Starobinsky y Yakov Zeldovich. Después de trabajar durante algún tiempo en la idea de Gribov, llegaron a la conclusión de que los agujeros negros pueden irradiar debido al efecto túnel. Esto último significa que existe una probabilidad de que una partícula pueda superar cualquier barrera, desde el punto de vista de la física cuántica. Interesado en este tema, Hawking estudió el tema en detalle y en 1974 publicó su trabajo, que luego nombró a la radiación mencionada en su honor.

Stephen Hawking describió el proceso de emisión de partículas de un agujero negro de forma algo diferente. La causa fundamental de dicha radiación son las llamadas "partículas virtuales".

En el proceso de describir las interacciones entre partículas, los científicos llegaron a la idea de que las interacciones entre ellas se producen mediante el intercambio de ciertos cuantos ("porciones" de alguna cantidad física). Por ejemplo, la interacción electromagnética en un átomo entre un electrón y un protón se produce mediante el intercambio de fotones (portadores de interacción electromagnética).

Sin embargo, entonces surge el siguiente problema. Si consideramos este electrón como una partícula libre, de ninguna manera puede simplemente emitir o absorber un fotón, según el principio de conservación de la energía. Es decir, no puede simplemente perder ni ganar ninguna cantidad de energía. Luego, los científicos crearon las llamadas "partículas virtuales". Estos últimos se diferencian de los reales en que nacen y desaparecen tan rápidamente que es imposible registrarlos. Todo lo que las partículas virtuales logran hacer en un corto período de su vida es transferir impulso a otras partículas, sin transferir energía.

Así, incluso el espacio vacío, debido a algunas fluctuaciones físicas (desviaciones aleatorias de la norma), simplemente está repleto de estas partículas virtuales que nacen y se destruyen constantemente.

Radiación de Hawking

A diferencia de los físicos soviéticos, la descripción de la radiación de Stephen Hawking se basa en partículas virtuales abstractas que son una parte integral de la teoría cuántica de campos. Un físico teórico británico estudia la aparición espontánea de estas partículas virtuales en un agujero negro. En este caso, el poderoso campo gravitacional de un agujero negro es capaz de "separar" partículas virtuales incluso antes de que sean destruidas, convirtiéndolas así en reales. Procesos similares se observan experimentalmente en los sincrofasotrones, donde los científicos logran separar estas partículas, gastando una cierta cantidad de energía.

Desde el punto de vista de la física, la aparición de partículas reales con masa, espín, energía y otras características en el espacio vacío "de la nada" contradice la ley de conservación de la energía y, por lo tanto, es simplemente imposible. Por tanto, para “transformar” partículas virtuales en reales se necesitará energía, no menos que la masa total de estas dos partículas, según la conocida ley. Un agujero negro también gasta esta cantidad de energía para alejar partículas virtuales en el horizonte de sucesos.

Como resultado del proceso de atracción, una de las partículas ubicada más cerca del horizonte de sucesos o incluso debajo de él se "convierte" en una real y se dirige hacia el agujero negro. El otro, en sentido contrario, emprende un viaje libre por el espacio exterior. Habiendo realizado cálculos matemáticos, podemos estar convencidos de que incluso a pesar de la energía (masa) recibida de una partícula que cae sobre la superficie de un agujero negro, la energía gastada por el agujero negro en el proceso de separación es negativa. Es decir, en última instancia, como resultado del proceso descrito, el agujero negro sólo perdió una cierta cantidad de energía, que, además, es exactamente igual a la energía (masa) que posee la partícula que voló "hacia afuera".

Así, según la teoría descrita, aunque el agujero negro no emite partículas, contribuye a este proceso y pierde energía equivalente. Siguiendo la ya mencionada ley de equivalencia de masa y energía de Einstein, queda claro que un agujero negro no tiene de dónde tomar energía excepto de su propia masa.

Resumiendo todo lo anterior, podemos decir que un agujero negro emite una partícula y al mismo tiempo pierde algo de masa. Este último proceso se denominó "evaporación de un agujero negro". Basándonos en la teoría de la radiación de Hawking, se puede suponer que después de un tiempo, aunque muy largo (billones de años), los agujeros negros simplemente .

Datos interesantes

• Mucha gente teme que se puedan formar agujeros negros en el Gran Colisionador de Hadrones (LHC) y que posiblemente representen una amenaza para la vida de los terrícolas. El nacimiento de agujeros negros en el LHC sólo es posible en el caso de la existencia de dimensiones adicionales del espacio-tiempo y la presencia de poderosas interacciones gravitacionales a distancias cortas. Sin embargo, un agujero negro microscópico formado de esta manera se evaporará instantáneamente debido a la radiación de Hawking.
• Basado en la radiación de Hawking, puede funcionar un reactor singular o un reactor colapsar, un hipotético dispositivo que genera agujeros negros microscópicos. La energía de radiación generada como resultado de su evaporación será la principal fuente de energía del reactor.

Aunque el Gran Colisionador de Hadrones parece amenazador, no hay nada que temer debido a la radiación de Hawking.

• Después de publicar su trabajo sobre la radiación de los agujeros negros, Stephen Hawking discutió con otro científico famoso, Kip Thorne. El tema de controversia fue la naturaleza del objeto que afirma ser un agujero negro, llamado . Aunque el trabajo de Hawking se basó en el supuesto de la existencia de agujeros negros, argumentó que Cygnus X-1 no es un agujero negro. Cabe destacar que las apuestas eran suscripciones a revistas. La oferta de Thorne era una suscripción de 4 años a la revista satírica Private Eye, mientras que la oferta de Hawking era una suscripción de un año a la revista erótica Penthouse. Stephen argumentó la lógica de su afirmación en la disputa de la siguiente manera: "incluso si me equivoco al afirmar la existencia de los agujeros negros, al menos ganaré una suscripción a la revista".

Hawking y microgravedad (VomitarCometa)

En tal escenario, toda la demás información sobre la materia que formó el agujero negro o que cae en él (para lo cual se utiliza "pelo" como metáfora) "desaparece" más allá del horizonte de sucesos del agujero negro y, por lo tanto, se conserva, pero no será accesible. a observadores externos.

En 1973, Hawking viajó a Moscú y se reunió con los científicos soviéticos Yakov Zeldovich y Alexei Starobinsky. En conversaciones con ellos sobre su trabajo, le mostraron cómo el principio de incertidumbre significaba que los agujeros negros deberían emitir partículas. Esto puso en duda la segunda ley de la termodinámica de los agujeros negros de Hawking (es decir, los agujeros negros no pueden hacerse más pequeños), ya que deben perder masa a medida que pierden energía.

Además, apoyaba la teoría propuesta por Jacob Bekenstein, un estudiante de posgrado de la Universidad John Wheeler, de que los agujeros negros deberían tener una temperatura y una entropía finitas, distintas de cero. Todo esto contradecía el “teorema de la ausencia de pelo”. Hawking pronto revisó su teorema y demostró que cuando se tenían en cuenta los efectos de la mecánica cuántica, se descubrió que los agujeros negros emitían radiación térmica de una determinada temperatura.

En 1974, Hawking presentó sus hallazgos y demostró que los agujeros negros emiten radiación. Este efecto se conoció como "radiación de Hawking" y fue inicialmente controvertido. Pero a finales de los años 70 y tras la publicación de nuevas investigaciones, el descubrimiento fue reconocido como un avance significativo en el campo de la física teórica.

Sin embargo, una de las consecuencias de tal teoría fue que los agujeros negros pierden gradualmente masa y energía. Debido a esto, los agujeros negros que pierden más masa de la que ganan deberían encogerse y eventualmente desaparecer, un fenómeno ahora conocido como "evaporación" de los agujeros negros.

En 1981, Hawking propuso que la información en un agujero negro se pierde irreversiblemente cuando el agujero negro se evapora, lo que se conoció como la "paradoja de la información del agujero negro". Sostuvo que la información física podría desaparecer para siempre en un agujero negro, permitiendo que muchos estados físicos converjan en uno solo.

La teoría resultó controvertida porque violaba dos principios fundamentales de la física cuántica. La física cuántica afirma que la información completa de un sistema físico (el estado de su materia (masa, posición, espín, temperatura, etc.)) está codificada en su función de onda hasta que la función colapsa. Esto a su vez conduce a otros dos principios.

El primero, el determinismo cuántico, afirma que, dada la función de onda actual, los cambios futuros están determinados únicamente por el operador de evolución. El segundo, la reversibilidad, establece que el operador de evolución tiene un lado inverso, lo que significa que las funciones de onda pasadas también son únicas. La combinación de estos principios lleva al hecho de que siempre debe conservarse la información sobre el estado cuántico de la materia.

Hawking en la Casa Blanca para recibir la Medalla de la Libertad

Al sugerir que la información desaparece después de que un agujero negro se evapora, Hawking esencialmente creó una paradoja fundamental. Si un agujero negro puede evaporarse y hacer desaparecer toda la información sobre la función de onda cuántica, entonces, en principio, la información podría perderse para siempre. Esta cuestión se ha convertido en tema de debate entre los científicos y sigue prácticamente sin resolver hasta el día de hoy.

Sin embargo, en 2003, había cierto consenso entre los físicos de que Hawking estaba equivocado acerca de la pérdida de información en un agujero negro. En una conferencia en Dublín en 2004, admitió que había perdido una apuesta sobre el tema con John Preskill de Caltech (que hizo en 1997), pero describió su propia y un tanto controvertida solución a la paradoja: tal vez los agujeros negros puedan tener más más de una topología.

En un artículo de 2005 que publicó sobre el tema, Pérdida de información en los agujeros negros, argumentó que la paradoja de la información se explica estudiando todas las historias alternativas de los universos, donde la pérdida de información en uno con agujeros negros se compensa en otro sin ellos. Como resultado, en enero de 2014, Hawking calificó la paradoja de la información del agujero negro como su “mayor error”.

Hawking y Peter Higgs en el Gran Colisionador de Hadrones

Además de ampliar nuestra comprensión de los agujeros negros y la cosmología utilizando la relatividad general y la mecánica cuántica, Stephen Hawking también contribuyó decisivamente a acercar la ciencia a un público más amplio. Durante su larga carrera científica, también publicó muchos libros populares, viajó, dio numerosas conferencias y apareció en programas de televisión y películas.

Durante su carrera, Hawking también se convirtió en un educador distinguido, graduando personalmente a 39 estudiantes exitosos con doctorados. Su nombre quedará en la historia de la búsqueda de inteligencia extraterrestre y del desarrollo de la robótica y la inteligencia artificial. El 20 de julio de 2015, Stephen Hawking ayudó a lanzar Breakthrough Initiatives, una iniciativa para buscar vida extraterrestre en el universo.

Sin duda, Stephen Hawking es uno de los científicos más famosos que existen en la actualidad. Su trabajo en astrofísica y mecánica cuántica condujo a avances en nuestra comprensión del espacio y el tiempo, y también generó mucha controversia entre los científicos. Casi ningún científico vivo ha hecho tanto para atraer la atención del público en general hacia la ciencia.

Hay algo en Hawking de su predecesor Albert Einstein, otro científico influyente y famoso que hizo todo lo posible para luchar contra la ignorancia y desarrollar la ciencia. Pero lo que es particularmente impresionante es que todo lo que Hawking hizo en su vida (a partir de cierto momento) fue en pos de una tenaz batalla contra una enfermedad degenerativa. (Lea, por ejemplo, permaneciendo completamente inmóvil).

Hawking vivió durante más de 52 años con una enfermedad que, según los médicos, debería haber acabado con su vida en 2 años. Y cuando llegue el día en que Hawking ya no esté con nosotros, el tiempo sin duda lo colocará junto a Einstein, Newton, Galileo y Curie como uno de los más grandes científicos de la historia de la humanidad.

El mayor cosmólogo y físico teórico de nuestro tiempo. Nacido en 1942, el futuro científico comenzó a experimentar problemas de salud a los 20 años. La esclerosis lateral amiotrófica dificultó mucho sus estudios en el Departamento de Física Teórica de Oxford, pero no impidió que Stephen llevara un estilo de vida muy activo y lleno de acontecimientos. Se casó en 1965 y se convirtió en miembro de la Royal Society de Londres en 1974. Para entonces ya había tenido una hija y dos hijos. En 1985, el científico dejó de hablar. Hoy en día, sólo una mejilla ha conservado la movilidad de su cuerpo. Parecía completamente inmóvil y condenado. Sin embargo, en 1995 se vuelve a casar, y en 2007... vuela en gravedad cero.

No hay persona en la Tierra que esté privada de movilidad y viva una vida tan plena, útil e interesante.

Pero eso no es todo. El mayor desarrollo de Hawking fue la teoría de los agujeros negros. La “teoría de Hawking”, como se la llama ahora, cambió radicalmente la comprensión que los científicos tenían desde hacía mucho tiempo sobre los agujeros negros del universo.

Al comienzo del trabajo sobre la teoría, el científico, como muchos de sus colegas, argumentó que todo lo que entra en ellos se destruye para siempre. Esta paradoja de la información atormentaba al personal militar y a los científicos de todo el mundo. Se creía que era imposible establecer ninguna propiedad de estos objetos espaciales, a excepción de la masa.

Después de estudiar los agujeros negros en 1975, Hawking descubrió que emiten constantemente una corriente de fotones y algunas otras partículas elementales al espacio. Sin embargo, incluso el propio científico estaba seguro de que la "radiación de Hawking" era aleatoria e impredecible. El científico británico pensó inicialmente que esta radiación no contenía ninguna información.

Sin embargo, la propiedad de una mente brillante es la capacidad de dudar constantemente. Hawking continuó su investigación y descubrió que la evaporación de un agujero negro (es decir, la radiación de Hawking) es de naturaleza cuántica. Esto le permitió concluir que la información que cae en el Agujero Negro no se destruye, sino que se modifica. La teoría de que el estado del agujero es constante es correcta cuando se la considera desde el punto de vista de la física no cuántica.

Teniendo en cuenta la teoría cuántica, el vacío se llena de partículas “virtuales” que emiten diferentes campos físicos. La intensidad de la radiación cambia constantemente. Cuando se vuelve muy fuerte, los pares partícula-antipartícula pueden nacer directamente del vacío en el horizonte de sucesos (límite) del Agujero Negro. Si la energía total de una partícula resulta positiva y la segunda negativa, si al mismo tiempo las partículas caen en un agujero negro, entonces comienzan a comportarse de manera diferente. La antipartícula negativa comienza a reducir la energía en reposo del agujero negro, y la partícula positiva tiende al infinito.

Desde fuera, este proceso parece la evaporación procedente de un agujero negro. Esto es lo que se llama “radiación de Hawking”. El científico descubrió que esta “evaporación” de información distorsionada tiene su propio espectro térmico, visible para los instrumentos, y una temperatura determinada.

La radiación de Hawking, según el propio científico, indica que no toda la información se pierde y desaparece para siempre en el Agujero Negro. Confía en que la física cuántica demuestra la imposibilidad de una destrucción o pérdida completa de información. Esto significa que la radiación de Hawking contiene dicha información, aunque en una forma modificada.

Si el científico tiene razón, entonces el pasado y el futuro de los agujeros negros se pueden estudiar de la misma manera que la historia de otros planetas.

Desafortunadamente, la opinión sobre la posibilidad de viajar en el tiempo o a otros universos utilizando los Agujeros Negros es muy escasa. La presencia de la radiación de Hawking demuestra que cualquier objeto que caiga en un agujero regresará a nuestro Universo en forma de información alterada.

No todos los científicos comparten las creencias del físico británico. Sin embargo, tampoco se atreven a desafiarlos. Hoy, el mundo entero espera las nuevas publicaciones de Hawking, en las que prometió confirmar en detalle y de manera concluyente la objetividad de su teoría, que puso patas arriba al mundo científico.

Además, los científicos lograron obtener la radiación de Hawking en condiciones de laboratorio. Esto sucedió en 2010.

Existe un fenómeno que refleja fenómenos tan diferentes como los agujeros negros y las partículas elementales en su interacción. ¿Es esta radiación de Hawking o cuántica...?

Desde Masterweb

26.06.2018 18:00

Agujeros negros y partículas elementales. La física moderna une los conceptos de estos objetos, el primero de los cuales se describe en el marco de la teoría de la gravedad de Einstein, y el segundo, en las construcciones matemáticas de la teoría cuántica de campos. Se sabe que estas dos hermosas teorías, muchas veces confirmadas experimentalmente, no son muy “amistosas” entre sí. Sin embargo, existe un fenómeno que refleja fenómenos tan diferentes en su interacción. Esta es la radiación de Hawking o la evaporación cuántica de los agujeros negros. ¿Lo que es? ¿Como funciona? ¿Se puede detectar? Hablaremos de esto en nuestro artículo.

Los agujeros negros y sus horizontes

Imaginemos alguna región del continuo espacio-tiempo ocupada por un cuerpo físico, por ejemplo, una estrella. Si esta región se caracteriza por una relación de radio y masa en la que la curvatura gravitacional del continuo no permite que nada (ni siquiera un rayo de luz) salga de él, dicha región se llama agujero negro. En cierto sentido, es realmente un agujero, una brecha en el continuo, como suele representarse en las ilustraciones que utilizan una representación bidimensional del espacio.

Sin embargo, en este caso no nos interesará la enorme profundidad de este agujero, sino el límite del agujero negro, llamado horizonte de sucesos. Al considerar la radiación de Hawking, una característica importante del horizonte es que cruzar esta superficie separa permanente y completamente cualquier objeto físico del espacio exterior.

Sobre el vacío y las partículas virtuales

En la comprensión de la teoría cuántica de campos, el vacío no es en absoluto un vacío, sino un medio especial (más precisamente, un estado de la materia), es decir, un campo en el que todos los parámetros cuánticos son iguales a cero. La energía de dicho campo es mínima, pero no debemos olvidarnos del principio de incertidumbre. En total conformidad con esto, el vacío exhibe una actividad de fluctuación espontánea. Se expresa en vibraciones de energía, que no violan la ley de conservación.

Cuanto mayor sea el pico de la fluctuación de la energía del vacío, más corta será su duración. Si tal vibración tiene una energía de 2mc2, suficiente para producir un par de partículas, éstas aparecerán, pero se aniquilarán inmediatamente sin tener tiempo de separarse. De esta manera amortiguarán la fluctuación. Estas partículas virtuales nacen gracias a la energía del vacío y le devuelven esta energía al morir. Su existencia ha sido confirmada experimentalmente, por ejemplo, registrando el famoso efecto Casimir, que demuestra la presión de un gas de partículas virtuales sobre un macroobjeto.

Para comprender la radiación de Hawking, es importante que las partículas en tal proceso (ya sean electrones con positrones o fotones) necesariamente nazcan en pares y su impulso total sea cero.

Armados con fluctuaciones del vacío en forma de pares virtuales, nos acercaremos al borde del agujero negro y veremos qué sucede allí.

Al borde del abismo

Gracias a la presencia de un horizonte de sucesos, un agujero negro puede interferir con el proceso de oscilaciones espontáneas del vacío. Las fuerzas de marea en la superficie del agujero son enormes y el campo gravitacional aquí es extremadamente heterogéneo. Mejora la dinámica de este fenómeno. Los pares de partículas deberían crearse mucho más activamente que en ausencia de fuerzas externas. El agujero negro gasta su energía gravitacional en este proceso.

Nada impide que una de las partículas se "bucee" bajo el horizonte de sucesos, si su impulso se dirige en consecuencia y el nacimiento del par ocurre casi en el mismo horizonte (en este caso, el agujero gasta energía en romper el par). Entonces no habrá aniquilación y la compañera de la ágil partícula se alejará volando del agujero negro. Como resultado, la energía y, por tanto, la masa del agujero disminuye en una cantidad igual a la masa del fugitivo. Esta “pérdida de peso” se llama evaporación de un agujero negro.

Al describir la radiación de los agujeros negros, Hawking operó con partículas virtuales. Ésta es la diferencia entre su teoría y el punto de vista de Gribov, Zeldovich y Starobinsky, expresado en 1973. Los físicos soviéticos señalaron entonces la posibilidad de un túnel cuántico de partículas reales a través del horizonte de sucesos, como resultado de lo cual el agujero negro debería recibir radiación.

¿Qué es la radiación de Hawking?

Los agujeros negros, según la teoría del científico, no emiten nada por sí mismos. Sin embargo, los fotones que salen de un agujero negro tienen un espectro térmico. Para un observador, esta “salida” de partículas debería parecer como si el agujero, como cualquier cuerpo calentado, estuviera emitiendo algún tipo de radiación, perdiendo naturalmente energía en el proceso. Incluso puedes calcular la temperatura comparable a la radiación de Hawking usando la fórmula PM=(h∙c3)/(16п2∙k∙G∙M), donde h es la constante de Planck (¡no dada!), c es la velocidad de la luz, k es la constante de Boltzmann, G es la constante gravitacional, M es la masa del agujero negro. Aproximadamente esta temperatura será igual a 6,169∙10-8 K∙(M0/M), donde M0 es la masa del Sol. Resulta que cuanto más masivo es el agujero negro, menor es la temperatura correspondiente a la radiación.

Pero un agujero negro no es una estrella. Al perder energía, no se enfría. ¡Viceversa! A medida que la masa disminuye, el agujero se vuelve "más caliente". La pérdida de masa también significa una disminución del radio. Como resultado, la evaporación se produce con una intensidad cada vez mayor. De ello se deduce que los pequeños agujeros deben completar su evaporación con una explosión. Es cierto que por ahora la existencia misma de tales microagujeros sigue siendo hipotética.

Existe una descripción alternativa del proceso de Hawking, basada en el efecto Unruh (también hipotético), que predice el registro de radiación térmica por parte de un observador que acelera. Si está conectado a un sistema de referencia inercial, no detectará ninguna radiación. Para un observador, el vacío alrededor de un objeto que colapsa aceleradamente también estará lleno de radiación con características térmicas.

problema de información

El problema que ha creado la teoría de la radiación de Hawking se debe al llamado "teorema sin pelo" de un agujero negro. Su esencia, en pocas palabras, es la siguiente: al agujero le es completamente indiferente qué características tenía el objeto que cayó más allá del horizonte de sucesos. Lo único que importa es la masa en que ha aumentado el agujero. La información sobre los parámetros del cuerpo que entró en él se almacena en el interior, aunque es inaccesible para el observador. Y resulta que la teoría de Hawking nos dice que los agujeros negros no son eternos. Resulta que la información que se habría almacenado en ellos desaparece junto con los agujeros. Para los físicos esta situación no es buena, ya que conduce a probabilidades completamente carentes de significado para los procesos individuales.

Recientemente, se han producido avances positivos para resolver esta paradoja, incluida la participación del propio Hawking. En 2015 se afirmó que, gracias a las propiedades especiales del vacío, es posible identificar un número infinito de parámetros de radiación de un agujero, es decir, “extraer” información de él.

Problema de registro

La dificultad de resolver tales paradojas se ve agravada por el hecho de que la radiación de Hawking no puede detectarse. Echemos otro vistazo a la fórmula anterior. Muestra lo fríos que son los agujeros negros: ¡cienmillonésimas de Kelvin para agujeros de masa solar y un radio de tres kilómetros! Su existencia es muy dudosa.

Sin embargo, hay esperanzas de agujeros negros microscópicos (calientes, relictos). Pero hasta ahora nadie ha observado estos testigos teóricamente predichos de las primeras eras del Universo.

Por último, debemos añadir un poco de optimismo. En 2016 apareció un mensaje sobre el descubrimiento de un análogo de la radiación cuántica de Hawking en un modelo acústico del horizonte de sucesos. La analogía también se basa en el efecto Unruh. Aunque tiene un alcance de aplicabilidad limitado, por ejemplo, no permite estudiar la desaparición de información, existe la esperanza de que dicha investigación ayude a crear una nueva teoría de los agujeros negros que tenga en cuenta los fenómenos cuánticos.

Calle Kievyan, 16 0016 Armenia, Ereván +374 11 233 255

Principalmente fotones, agujero negro. Debido a la energía y "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">la ley de conservación de la energía y , este proceso va acompañado de una disminución de la masa del agujero negro, es decir, su “evaporación”. Predicho teóricamente por Stephen Hawking en 1973. El trabajo de Hawking Fue precedido por su visita a Moscú en 1973, donde se reunió con los científicos soviéticos Yakov Zeldovich y Alexander Starobinsky, quienes demostraron a Hawking que, según el principio de incertidumbre de la mecánica cuántica, los agujeros negros en rotación deberían generar y emitir partículas.

La evaporación de un agujero negro es un proceso puramente cuántico. El caso es que el concepto de agujero negro como objeto que no emite nada, sino que sólo puede absorber materia, es válido siempre que no se tengan en cuenta los efectos cuánticos. En mecánica cuántica, gracias a la tunelización, es posible superar barreras potenciales que son insuperables para un sistema no cuántico.

En el caso de un agujero negro, la situación es la siguiente. En la teoría cuántica de campos, el vacío físico está lleno de fluctuaciones de varios campos que aparecen y desaparecen constantemente (se podría decir "partículas virtuales"). En el campo de fuerzas externas, la dinámica de estas fluctuaciones cambia y, si las fuerzas son lo suficientemente fuertes, pueden nacer pares partícula-antipartícula directamente del vacío. Estos procesos también ocurren cerca (pero aún fuera) del horizonte de sucesos de un agujero negro. En este caso, es posible que la energía total i de la antipartícula resulte negativa y la energía total i de la partícula resulte positiva. Al caer en un agujero negro, una antipartícula reduce su energía total en reposo y, por tanto, su masa, mientras que la partícula puede volar hasta el infinito. Para un observador distante, esto parece radiación de un agujero negro.

Lo importante no es sólo el hecho de la radiación, sino también el hecho de que esta radiación tiene un espectro térmico. Esto significa que la radiación cerca del horizonte de sucesos de un agujero negro puede estar asociada con una determinada temperatura.

¿Dónde está la constante de Planck? C- velocidad de la luz en el vacío, k- constante de Boltzmann, GRAMO- constante gravitacional y, finalmente, METRO- la masa del agujero negro. Desarrollando la teoría, es posible construir la termodinámica completa de los agujeros negros.

Sin embargo, esta aproximación a un agujero negro entra en conflicto con la mecánica cuántica y conduce al problema de la desaparición de información en un agujero negro.

El efecto aún no ha sido confirmado por observaciones. Según la relatividad general, durante la formación del Universo deberían haber nacido agujeros negros primordiales, algunos de los cuales (con una masa inicial de 10 12 kg) deberían terminar de evaporarse en nuestro tiempo. Dado que la tasa de evaporación aumenta a medida que disminuye el tamaño del agujero negro, las etapas finales deberían ser esencialmente una explosión del agujero negro. Hasta el momento no se han registrado explosiones de este tipo.

Confirmación experimental

Investigadores de la Universidad de Milán afirman que pudieron observar el efecto de la radiación de Hawking, creando la antípoda de un agujero negro, el llamado agujero blanco. A diferencia de un agujero blanco, que “absorbe” toda la materia y radiación del exterior, un agujero blanco impide por completo la entrada de luz, creando así un límite, un horizonte de sucesos. En el experimento, el papel de agujero blanco lo desempeñó un cristal de cuarzo, que tenía una determinada estructura y se colocó en condiciones especiales, dentro de las cuales los fotones de luz se detuvieron por completo. Al iluminar el cristal mencionado anteriormente con luz láser infrarroja, los científicos descubrieron y confirmaron la existencia del efecto de reemisión, la radiación de Hawking.

El físico Jeff Steinhauer del Instituto Tecnológico de Israel en Haifa detectó la radiación predicha por Stephen Hawking en 1974. El científico creó un análogo acústico de un agujero negro y demostró en experimentos que de él emana radiación de naturaleza cuántica. El artículo fue publicado en la revista Nature Physics y BBC News informó brevemente sobre el estudio.
...Aún no es posible detectar esta radiación procedente de un agujero negro real, ya que es demasiado débil. Por lo tanto, Steinhauer utilizó su análogo: el llamado "agujero ciego". Para modelar el horizonte de sucesos de un agujero negro, tomó un condensado de Bose-Einstein de átomos de rubidio enfriados a temperaturas cercanas al cero absoluto.
La velocidad de propagación del sonido en él es muy baja: alrededor de 0,5 mm/seg. Y si creamos un límite, en un lado del cual los átomos se mueven a velocidades subsónicas, y en el otro, aceleran a velocidades supersónicas, entonces este límite será similar al horizonte de sucesos de un agujero negro. En el experimento se capturaron cuantos atómicos, en este caso fonones, en una región con velocidad supersónica. Los pares de fonones estaban separados, uno estaba en una región y el segundo en otra. Las correlaciones registradas por el científico indican que las partículas están entrelazadas cuánticamente.