Radiação Hawking: chega de mistérios. Radiação Hawking: conceito, características e problemas da teoria Partículas Hawking

A radiação Hawking é o processo de emissão de várias partículas elementares, que foi teoricamente descrito pelo cientista britânico Stephen Hawking em 1974.

Muito antes da publicação dos trabalhos de Stephen Hawking, a possibilidade de radiação de partículas provenientes de buracos negros foi expressa pelo físico teórico soviético Vladimir Gribov em uma discussão com outro cientista, Yakov Zeldovich.

Enquanto estudava o comportamento das partículas elementares perto de um buraco negro, Stephen Hawking, de trinta anos, visitou Moscou em 1973. Na capital, ele participou de uma discussão científica com dois destacados cientistas soviéticos, Alexei Starobinsky e Yakov Zeldovich. Depois de trabalhar na ideia de Gribov por algum tempo, eles chegaram à conclusão de que os buracos negros podem irradiar devido ao efeito de tunelamento. Este último significa que existe uma probabilidade de uma partícula superar qualquer barreira, do ponto de vista da física quântica. Interessado pelo tema, Hawking estudou detalhadamente o assunto e em 1974 publicou seu trabalho, que mais tarde deu seu nome à referida radiação.

Stephen Hawking descreveu o processo de emissão de partículas de um buraco negro de maneira um pouco diferente. A causa raiz dessa radiação são as chamadas “partículas virtuais”.

No processo de descrição das interações entre as partículas, os cientistas chegaram à ideia de que as interações entre elas ocorrem por meio da troca de certos quanta (“porções” de alguma quantidade física). Por exemplo, a interação eletromagnética em um átomo entre um elétron e um próton ocorre através da troca de fótons (portadores de interação eletromagnética).

No entanto, surge o próximo problema. Se considerarmos este elétron como uma partícula livre, então de forma alguma ele poderá simplesmente emitir ou absorver um fóton, de acordo com o princípio da conservação da energia. Ou seja, ele não pode simplesmente perder ou ganhar qualquer quantidade de energia. Então os cientistas criaram as chamadas “partículas virtuais”. Estes últimos diferem dos reais porque nascem e desaparecem tão rapidamente que é impossível registrá-los. Tudo o que as partículas virtuais conseguem fazer num curto período de vida é transferir momento para outras partículas, sem transferir energia.

Assim, mesmo o espaço vazio, devido a algumas flutuações físicas (desvios aleatórios da norma), está simplesmente repleto dessas partículas virtuais que nascem e são constantemente destruídas.

Radiação Hawking

Ao contrário dos físicos soviéticos, a descrição da radiação de Stephen Hawking é baseada em partículas virtuais abstratas que são parte integrante da teoria quântica de campos. Um físico teórico britânico está analisando o surgimento espontâneo dessas partículas virtuais de um buraco negro. Nesse caso, o poderoso campo gravitacional de um buraco negro é capaz de “separar” partículas virtuais antes mesmo de serem destruídas, transformando-as em reais. Processos semelhantes são observados experimentalmente em sincrofasotrons, onde os cientistas conseguem separar essas partículas, ao mesmo tempo que gastam uma certa quantidade de energia.

Do ponto de vista da física, o surgimento de partículas reais com massa, spin, energia e outras características no espaço vazio “do nada” contradiz a lei da conservação da energia e, portanto, é simplesmente impossível. Portanto, para “transformar” partículas virtuais em reais, será necessária energia, não menos que a massa total dessas duas partículas, segundo a conhecida lei. Um buraco negro também gasta essa quantidade de energia para afastar partículas virtuais do horizonte de eventos.

Como resultado do processo de atração, uma das partículas, localizada mais próxima do horizonte de eventos ou mesmo abaixo dele, “se transforma” em uma partícula real e é direcionada para o buraco negro. O outro, na direção oposta, parte em viagem livre pelo espaço sideral. Feitos cálculos matemáticos, pode-se ter certeza de que mesmo apesar da energia (massa) recebida de uma partícula caindo na superfície de um buraco negro, a energia gasta pelo buraco negro no processo de separação é negativa. Ou seja, em última análise, como resultado do processo descrito, o buraco negro perdeu apenas uma certa quantidade de energia, que, aliás, é exatamente igual à energia (massa) possuída pela partícula que voou “para fora”.

Assim, segundo a teoria descrita, embora o buraco negro não emita nenhuma partícula, ele contribui para esse processo e perde energia equivalente. Seguindo a já mencionada lei de Einstein da equivalência de massa e energia, torna-se claro que um buraco negro não tem de onde extrair energia, exceto da sua própria massa.

Resumindo tudo o que foi dito acima, podemos dizer que um buraco negro emite uma partícula e ao mesmo tempo perde alguma massa. O último processo foi chamado de “evaporação do buraco negro”. Com base na teoria da radiação Hawking, pode-se adivinhar que depois de algum tempo, embora muito longo (trilhões de anos), os buracos negros simplesmente .

Fatos interessantes

• Muitas pessoas temem que buracos negros possam se formar no Grande Colisor de Hádrons (LHC) e possivelmente representar uma ameaça à vida dos terráqueos. O nascimento de buracos negros no LHC só é possível no caso da existência de dimensões adicionais de espaço-tempo e da presença de poderosa interação gravitacional em distâncias curtas. No entanto, um buraco negro microscópico formado desta forma irá evaporar instantaneamente devido à radiação Hawking.
• Com base na radiação Hawking, um reator singular ou um reator colapsar pode operar – um dispositivo hipotético que gera buracos negros microscópicos. A energia de radiação gerada como resultado de sua evaporação será a principal fonte de energia do reator.

Embora o Grande Colisor de Hádrons pareça ameaçador, não há nada a temer devido à radiação Hawking

• Depois de publicar seu trabalho sobre a radiação dos buracos negros, Stephen Hawking discutiu com outro cientista famoso, Kip Thorne. O objeto da disputa era a natureza do objeto que afirma ser um buraco negro, denominado . Embora o trabalho de Hawking se baseasse na suposição da existência de buracos negros, ele argumentou que Cygnus X-1 não é um buraco negro. Vale ressaltar que as apostas foram assinaturas de revistas. A oferta de Thorne foi uma assinatura de quatro anos da revista satírica Private Eye, enquanto a oferta de Hawking foi uma assinatura de um ano da revista erótica Penthouse. Stephen argumentou a lógica de sua declaração na disputa da seguinte forma: “mesmo que eu esteja errado ao afirmar a existência de buracos negros, então pelo menos ganharei uma assinatura da revista”.

Hawking e microgravidade (VomitarCometa)

Nesse cenário, todas as outras informações sobre a matéria que formou o buraco negro ou que cai nele (para o qual "cabelo" é usado como metáfora) "desaparecem" além do horizonte de eventos do buraco negro e, portanto, são preservadas, mas não estarão acessíveis. para observadores externos.

Em 1973, Hawking viajou para Moscou e se encontrou com os cientistas soviéticos Yakov Zeldovich e Alexei Starobinsky. Nas discussões com eles sobre o seu trabalho, mostraram-lhe como o princípio da incerteza significava que os buracos negros deveriam emitir partículas. Isto pôs em causa a segunda lei de Hawking da termodinâmica dos buracos negros (ou seja, os buracos negros não podem ficar mais pequenos), uma vez que devem perder massa à medida que perdem energia.

Além disso, apoiou a teoria apresentada por Jacob Bekenstein, um estudante de pós-graduação da Universidade John Wheeler, de que os buracos negros deveriam ter temperatura e entropia finitas e diferentes de zero. Tudo isso contradizia o “teorema da ausência de cabelo”. Hawking logo revisou seu teorema, mostrando que quando os efeitos da mecânica quântica foram levados em consideração, descobriu-se que os buracos negros emitiam radiação térmica de uma determinada temperatura.

Em 1974, Hawking apresentou suas descobertas e mostrou que os buracos negros emitem radiação. Este efeito ficou conhecido como "radiação Hawking" e foi inicialmente controverso. Mas no final da década de 70 e após a publicação de novas pesquisas, a descoberta foi reconhecida como um avanço significativo no campo da física teórica.

No entanto, uma das consequências de tal teoria foi que os buracos negros perdem gradualmente massa e energia. Por causa disso, os buracos negros que perdem mais massa do que ganham devem encolher e eventualmente desaparecer – um fenômeno agora conhecido como “evaporação” do buraco negro.

Em 1981, Hawking propôs que a informação num buraco negro é irreversivelmente perdida quando o buraco negro evapora, o que ficou conhecido como o "paradoxo da informação do buraco negro". Ele argumentou que a informação física poderia desaparecer para sempre em um buraco negro, permitindo que muitos estados físicos convergissem para um único.

A teoria acabou sendo controversa porque violava dois princípios fundamentais da física quântica. A física quântica afirma que a informação completa de um sistema físico – o estado da sua matéria (massa, posição, rotação, temperatura, etc.) – é codificada na sua função de onda até que a função entre em colapso. Isto, por sua vez, leva a dois outros princípios.

O primeiro, o determinismo quântico, afirma que – dada a função de onda atual – as mudanças futuras são determinadas exclusivamente pelo operador de evolução. A segunda – reversibilidade – afirma que o operador de evolução possui um lado inverso, o que significa que as funções de onda passadas também são únicas. A combinação desses princípios leva ao fato de que as informações sobre o estado quântico da matéria devem ser sempre preservadas.

Hawking na Casa Branca para receber a Medalha da Liberdade

Ao sugerir que a informação desaparece após a evaporação de um buraco negro, Hawking criou essencialmente um paradoxo fundamental. Se um buraco negro puder evaporar, fazendo com que toda a informação sobre a função de onda quântica desapareça, então a informação poderá, em princípio, ser perdida para sempre. Esta questão tornou-se objeto de debate entre os cientistas e permanece praticamente sem solução até hoje.

No entanto, em 2003, havia algum consenso entre os físicos de que Hawking estava errado sobre a perda de informação num buraco negro. Numa palestra em Dublin em 2004, ele admitiu que havia perdido uma aposta sobre o tema para John Preskill, da Caltech (que ele fez em 1997), mas descreveu sua própria e um tanto controversa solução para o paradoxo: talvez os buracos negros possam ter mais mais de uma topologia.

Num artigo de 2005 que publicou sobre o tema, Perda de Informação em Buracos Negros, ele argumentou que o paradoxo da informação é explicado pelo estudo de todas as histórias alternativas de universos, onde a perda de informação num com buracos negros é compensada noutro sem eles. Como resultado, em janeiro de 2014, Hawking chamou o paradoxo da informação do buraco negro de seu “maior erro”.

Hawking e Peter Higgs no Grande Colisor de Hádrons

Além de expandir a nossa compreensão dos buracos negros e da cosmologia utilizando a relatividade geral e a mecânica quântica, Stephen Hawking também foi fundamental para levar a ciência a um público mais vasto. Durante sua longa carreira científica, ele também publicou muitos livros populares, viajou e deu palestras extensivamente e apareceu em programas de televisão e filmes.

Durante sua carreira, Hawking também se tornou um educador ilustre, graduando pessoalmente 39 alunos bem-sucedidos com doutorado. Seu nome permanecerá na história da busca por inteligência extraterrestre e do desenvolvimento da robótica e da inteligência artificial. Em 20 de julho de 2015, Stephen Hawking ajudou a lançar Breakthrough Initiatives, uma iniciativa para procurar vida extraterrestre no universo.

Sem dúvida, Stephen Hawking é um dos cientistas mais famosos da atualidade. Seu trabalho em astrofísica e mecânica quântica levou a avanços na nossa compreensão do espaço e do tempo, e também gerou muita controvérsia entre os cientistas. Quase nenhum cientista vivo fez tanto para atrair a atenção do público em geral para a ciência.

Há algo em Hawking vindo de seu antecessor Albert Einstein, outro cientista influente e famoso que fez de tudo para combater a ignorância e desenvolver a ciência. Mas o que é particularmente impressionante é que tudo o que Hawking fez em sua vida (a partir de certo ponto) foi na busca de uma batalha obstinada contra uma doença degenerativa. (Leia, por exemplo, permanecendo completamente imóvel.)

Hawking viveu por mais de 52 anos com uma doença que, segundo os médicos, deveria ter ceifado sua vida em 2 anos. E quando chegar o dia em que Hawking já não esteja entre nós, o tempo irá sem dúvida colocá-lo ao lado de Einstein, Newton, Galileu e Curie como um dos maiores cientistas da história da humanidade.

O maior cosmólogo e físico teórico do nosso tempo. Nascido em 1942, o futuro cientista começou a ter problemas de saúde aos 20 anos. A esclerose lateral amiotrófica dificultou muito os estudos no Departamento de Física Teórica de Oxford, mas não impediu Stephen de levar um estilo de vida muito ativo e agitado. Casou-se em 1965 e tornou-se membro da Royal Society de Londres em 1974. Nessa altura já tinha uma filha e dois filhos. Em 1985, o cientista parou de falar. Hoje, apenas uma bochecha manteve a mobilidade em seu corpo. Parecia completamente imóvel e condenado. Porém, em 1995 ele se casa novamente, e em 2007... voa em gravidade zero.

Não há pessoa na Terra que seja privada de mobilidade e viva uma vida tão plena, útil e interessante.

Mas isso não é tudo. O maior desenvolvimento de Hawking foi a teoria dos buracos negros. A “teoria de Hawking”, como é agora chamada, mudou radicalmente a compreensão de longa data dos cientistas sobre os buracos negros do Universo.

No início do trabalho sobre a teoria, o cientista, como muitos de seus colegas, argumentou que tudo o que entra nele é destruído para sempre. Este paradoxo da informação assombrou militares e cientistas de todo o mundo. Acreditava-se que era impossível estabelecer quaisquer propriedades desses objetos espaciais, com exceção da massa.

Tendo estudado buracos negros em 1975, Hawking descobriu que eles emitem constantemente um fluxo de fótons e algumas outras partículas elementares para o espaço. No entanto, até o próprio cientista tinha certeza de que a “radiação Hawking” era aleatória, imprevisível. O cientista britânico inicialmente pensou que esta radiação não carregava nenhuma informação.

No entanto, a propriedade de uma mente brilhante é a capacidade de duvidar constantemente. Hawking continuou sua pesquisa e descobriu que a evaporação de um buraco negro (ou seja, a radiação Hawking) é de natureza quântica. Isso lhe permitiu concluir que as informações que caem no Buraco Negro não são destruídas, mas alteradas. A teoria de que o estado do buraco é constante está correta quando vista do ponto de vista da física não quântica.

Levando em conta a teoria quântica, o vácuo é preenchido com partículas “virtuais” que emitem diferentes campos físicos. A intensidade da radiação muda constantemente. Quando se torna muito forte, pares partícula-antipartícula podem nascer diretamente do vácuo no horizonte de eventos (limite) do Buraco Negro. Se a energia total de uma partícula for positiva e a segunda negativa, se ao mesmo tempo as partículas caírem em um buraco negro, elas começarão a se comportar de maneira diferente. A antipartícula negativa começa a reduzir a energia de repouso do buraco negro, e a partícula positiva tende ao infinito.

Visto de fora, esse processo parece uma evaporação vinda de um buraco negro. Isso é o que chamamos de “radiação Hawking”. O cientista descobriu que essa “evaporação” de informações distorcidas tem um espectro térmico próprio, visível aos instrumentos, e uma determinada temperatura.

A radiação Hawking, segundo o próprio cientista, indica que nem todas as informações se perdem e desaparecem para sempre no Buraco Negro. Ele está confiante de que a física quântica prova a impossibilidade de destruição completa ou perda de informação. Isto significa que a radiação Hawking contém tal informação, embora de forma modificada.

Se o cientista estiver certo, então o passado e o futuro dos buracos negros podem ser estudados da mesma forma que a história de outros planetas.

Infelizmente, a opinião sobre a possibilidade de viajar no tempo ou para outros universos usando Buracos Negros não existe. A presença da radiação Hawking prova que qualquer objeto que caia em um buraco retornará ao nosso Universo na forma de informação alterada.

Nem todos os cientistas partilham das crenças do físico britânico. No entanto, eles também não ousam desafiá-los. Hoje, o mundo inteiro aguarda as novas publicações de Hawking, nas quais ele prometeu confirmar detalhada e conclusivamente a objetividade de sua teoria, que virou o mundo científico de cabeça para baixo.

Além disso, os cientistas conseguiram obter a radiação Hawking em laboratório. Isso aconteceu em 2010.

Existe um fenômeno que reflete fenômenos tão diferentes como buracos negros e partículas elementares em sua interação. Isso é radiação Hawking ou radiação quântica?

Da Masterweb

26.06.2018 18:00

Buracos negros e partículas elementares. A física moderna une os conceitos desses objetos, os primeiros dos quais são descritos no âmbito da teoria da gravidade de Einstein, e os segundos - nas construções matemáticas da teoria quântica de campos. Sabe-se que essas duas belas e muitas vezes confirmadas experimentalmente teorias não são muito “amigáveis” uma com a outra. Porém, existe um fenômeno que reflete fenômenos tão diferentes em sua interação. Esta é a radiação Hawking ou evaporação quântica de buracos negros. O que é isso? Como funciona? Pode ser detectado? Falaremos sobre isso em nosso artigo.

Buracos negros e seus horizontes

Imaginemos alguma região do continuum espaço-tempo ocupada por um corpo físico, por exemplo, uma estrela. Se esta região é caracterizada por uma proporção de raio e massa em que a curvatura gravitacional do continuum não permite que nada (mesmo um raio de luz) saia dela, tal região é chamada de buraco negro. Em certo sentido, é realmente um buraco, uma lacuna no continuum, como é frequentemente representado em ilustrações que utilizam uma representação bidimensional do espaço.

No entanto, neste caso, não estaremos interessados ​​na enorme profundidade deste buraco, mas na fronteira do buraco negro, chamada horizonte de eventos. Ao considerar a radiação Hawking, uma característica importante do horizonte é que cruzar esta superfície separa permanente e completamente qualquer objeto físico do espaço sideral.

Sobre vácuo e partículas virtuais

Na compreensão da teoria quântica de campos, o vácuo não é um vazio, mas um meio especial (mais precisamente, um estado da matéria), ou seja, um campo no qual todos os parâmetros quânticos são iguais a zero. A energia de tal campo é mínima, mas não devemos esquecer o princípio da incerteza. Em total conformidade com isso, o vácuo exibe atividade de flutuação espontânea. É expresso em vibrações energéticas, o que não viola a lei da conservação.

Quanto maior o pico da flutuação da energia do vácuo, menor será a sua duração. Se tal vibração tiver uma energia de 2mc2, suficiente para produzir um par de partículas, elas aparecerão, mas serão imediatamente aniquiladas sem ter tempo de se separarem. Desta forma, eles irão amortecer a flutuação. Essas partículas virtuais nascem devido à energia do vácuo e devolvem essa energia após sua morte. A sua existência foi confirmada experimentalmente, por exemplo, através do registo do famoso efeito Casimir, que demonstra a pressão de um gás de partículas virtuais sobre um macroobjeto.

Para entender a radiação Hawking, é importante que as partículas em tal processo (sejam elétrons com pósitrons ou fótons) nasçam necessariamente em pares e seu momento total seja zero.

Armados com flutuações de vácuo na forma de pares virtuais, nos aproximaremos da borda do buraco negro e veremos o que acontece lá.

À beira do abismo

Graças à presença de um horizonte de eventos, um buraco negro é capaz de interferir no processo de oscilações espontâneas do vácuo. As forças de maré na superfície do buraco são enormes e o campo gravitacional aqui é extremamente heterogêneo. Aumenta a dinâmica deste fenômeno. Pares de partículas devem ser criados de forma muito mais ativa do que na ausência de forças externas. O buraco negro gasta sua energia gravitacional neste processo.

Nada impede que uma das partículas “mergulhe” abaixo do horizonte de eventos se seu momento for direcionado de acordo e o nascimento do par ocorrer quase no próprio horizonte (neste caso, o buraco gasta energia para quebrar o par). Então não haverá aniquilação e o parceiro da partícula ágil voará para longe do buraco negro. Como resultado, a energia e, portanto, a massa do buraco diminuem em uma quantidade igual à massa do fugitivo. Essa “perda de peso” é chamada de evaporação do buraco negro.

Ao descrever a radiação dos buracos negros, Hawking operou com partículas virtuais. Esta é a diferença entre a sua teoria e o ponto de vista de Gribov, Zeldovich e Starobinsky, expresso em 1973. Os físicos soviéticos apontaram então para a possibilidade de tunelamento quântico de partículas reais através do horizonte de eventos, como resultado do qual o buraco negro deveria ter radiação.

O que é radiação Hawking

Os buracos negros, segundo a teoria do cientista, não emitem nada por si próprios. No entanto, os fótons que saem de um buraco negro possuem um espectro térmico. Para um observador, esse “fluxo” de partículas deveria parecer como se o buraco, como qualquer corpo aquecido, estivesse emitindo algum tipo de radiação, perdendo energia naturalmente no processo. Você pode até calcular a temperatura comparável à radiação Hawking usando a fórmula PM=(h∙c3)/(16п2∙k∙G∙M), onde h é a constante de Planck (não fornecida!), c é a velocidade da luz, k é a constante de Boltzmann, G é a constante gravitacional, M é a massa do buraco negro. Aproximadamente esta temperatura será igual a 6,169∙10-8 K∙(M0/M), onde M0 é a massa do Sol. Acontece que quanto mais massivo for o buraco negro, menor será a temperatura correspondente à radiação.

Mas um buraco negro não é uma estrela. Perdendo energia, não esfria. Vice-versa! À medida que a massa diminui, o buraco fica “mais quente”. A perda de massa também significa uma diminuição do raio. Como resultado, a evaporação ocorre com intensidade crescente. Segue-se que pequenos buracos devem completar sua evaporação com uma explosão. É verdade que, por enquanto, a própria existência de tais microfuros permanece hipotética.

Existe uma descrição alternativa do processo Hawking, baseada no efeito Unruh (também hipotético), que prevê o registro da radiação térmica por um observador em aceleração. Se estiver conectado a um referencial inercial, não detectará nenhuma radiação. Para um observador, o vácuo em torno de um objeto em colapso acelerado também será preenchido com radiação com características térmicas.

Problema de informação

O problema que a teoria da radiação de Hawking criou deve-se ao chamado “teorema da ausência de cabelo” de um buraco negro. Sua essência, resumidamente, é a seguinte: o buraco é completamente indiferente às características do objeto que caiu além do horizonte de eventos. A única coisa que importa é a massa pela qual o buraco aumentou. As informações sobre os parâmetros do corpo que nele caíram ficam armazenadas em seu interior, embora sejam inacessíveis ao observador. E a teoria de Hawking nos diz que os buracos negros, ao que parece, não são eternos. Acontece que as informações que estariam armazenadas neles desaparecem junto com os buracos. Para os físicos, esta situação não é boa, pois leva a probabilidades completamente sem sentido para processos individuais.

Recentemente, houve desenvolvimentos positivos na resolução deste paradoxo, incluindo a participação do próprio Hawking. Em 2015, foi afirmado que, graças às propriedades especiais do vácuo, é possível identificar uma infinidade de parâmetros da radiação de um buraco, ou seja, “puxar” informações dele.

Problema de registro

A dificuldade de resolver tais paradoxos é agravada pelo facto de a radiação Hawking não poder ser detectada. Vamos dar uma outra olhada na fórmula acima. Ele mostra como os buracos negros são frios - centésimos milionésimos de Kelvin para buracos de massa solar e raio de três quilômetros! A sua existência é altamente duvidosa.

Há, no entanto, esperança para buracos negros microscópicos (quentes, relíquias). Mas até agora ninguém observou estas testemunhas teoricamente previstas das primeiras eras do Universo.

Finalmente, precisamos adicionar um pouco de otimismo. Em 2016, apareceu uma mensagem sobre a descoberta de um análogo da radiação quântica de Hawking em um modelo acústico do horizonte de eventos. A analogia também se baseia no efeito Unruh. Embora tenha um escopo de aplicabilidade limitado, por exemplo, não permite estudar o desaparecimento de informações, espera-se que tal pesquisa ajude na criação de uma nova teoria dos buracos negros que leve em conta os fenômenos quânticos.

Rua Kievyan, 16 0016 Armênia, Yerevan +374 11 233 255

Principalmente fótons, buraco negro. Devido à energia e "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">a lei da conservação da energia e , este processo é acompanhado por uma diminuição na massa do buraco negro, ou seja, a sua “evaporação”. Teoricamente previsto por Stephen Hawking em 1973. O trabalho de Hawking foi precedido por sua visita a Moscou em 1973, onde se encontrou com os cientistas soviéticos Yakov Zeldovich e Alexander Starobinsky, eles demonstraram a Hawking que, de acordo com o princípio da incerteza da mecânica quântica, buracos negros giratórios deveriam gerar e emitir partículas.

A evaporação de um buraco negro é um processo puramente quântico. O fato é que o conceito de buraco negro como um objeto que não emite nada, mas apenas absorve matéria, é válido desde que os efeitos quânticos não sejam levados em consideração. Na mecânica quântica, graças ao tunelamento, torna-se possível superar barreiras potenciais que são intransponíveis para um sistema não quântico.

No caso de um buraco negro, a situação é assim. Na teoria quântica de campos, o vácuo físico é preenchido com flutuações constantes de vários campos que aparecem e desaparecem (pode-se dizer “partículas virtuais”). No campo das forças externas, a dinâmica dessas flutuações muda e, se as forças forem suficientemente fortes, os pares partícula-antipartícula podem nascer diretamente do vácuo. Tais processos também ocorrem perto (mas ainda fora) do horizonte de eventos de um buraco negro. Nesse caso, é possível um caso em que a energia total i da antipartícula seja negativa e a energia total i da partícula seja positiva. Ao cair num buraco negro, uma antipartícula reduz a sua energia total de repouso e, portanto, a sua massa, enquanto a partícula é capaz de voar para o infinito. Para um observador distante, isso parece radiação de um buraco negro.

O que é importante não é apenas o fato da radiação, mas também o fato dessa radiação possuir espectro térmico. Isto significa que a radiação perto do horizonte de eventos de um buraco negro pode estar associada a uma determinada temperatura

onde está a constante de Planck, c- velocidade da luz no vácuo, k- Constante de Boltzmann, G- constante gravitacional e, finalmente, M- a massa do buraco negro. Ao desenvolver a teoria, é possível construir a termodinâmica completa dos buracos negros.

No entanto, esta abordagem de um buraco negro está em conflito com a mecânica quântica e leva ao problema do desaparecimento de informação num buraco negro.

O efeito ainda não foi confirmado por observações. Segundo a relatividade geral, durante a formação do Universo deveriam ter nascido buracos negros primordiais, alguns dos quais (com massa inicial de 10 12 kg) deveriam terminar de evaporar em nosso tempo. Como a taxa de evaporação aumenta à medida que o tamanho do buraco negro diminui, os estágios finais deveriam ser essencialmente uma explosão do buraco negro. Até agora, nenhuma dessas explosões foi registrada.

Confirmação experimental

Pesquisadores da Universidade de Milão afirmam que conseguiram observar o efeito da radiação Hawking, criando o antípoda de um buraco negro - o chamado buraco branco. Ao contrário de um buraco branco, que “suga” toda a matéria e radiação do exterior, um buraco branco impede completamente a entrada de luz, criando assim uma fronteira, um horizonte de eventos. No experimento, o papel de buraco branco foi desempenhado por um cristal de quartzo, que possuía uma determinada estrutura e foi colocado em condições especiais, dentro das quais os fótons de luz pararam completamente. Ao iluminar o cristal acima mencionado com luz laser infravermelha, os cientistas descobriram e confirmaram a existência do efeito de reemissão, a radiação Hawking.

O físico Jeff Steinhauer, do Instituto de Tecnologia de Israel em Haifa, detectou a radiação prevista por Stephen Hawking em 1974. O cientista criou um análogo acústico de um buraco negro e mostrou em experimentos que dele emana radiação de natureza quântica. O artigo foi publicado na revista Nature Physics, e a BBC News fez uma breve reportagem sobre o estudo.
...Ainda não é possível detectar esta radiação de um buraco negro real, uma vez que é demasiado fraca. Por isso, Steinhauer utilizou seu análogo - o chamado “buraco cego”. Para modelar o horizonte de eventos de um buraco negro, ele utilizou um condensado de Bose-Einstein de átomos de rubídio resfriados a temperaturas próximas do zero absoluto.
A velocidade de propagação do som é muito baixa - cerca de 0,5 mm/seg. E se você criar uma fronteira, de um lado da qual os átomos se movem em velocidades subsônicas e, do outro, eles aceleram a velocidades supersônicas, então essa fronteira será semelhante ao horizonte de eventos de um buraco negro. No experimento, quanta atômicos – no caso fônons – foram capturados em uma região com velocidade supersônica. Os pares de fônons foram separados, um estava em uma região e o segundo em outra. As correlações registradas pelo cientista indicam que as partículas estão emaranhadas quânticas.