Radiația Hawking: gata de mistere. Radiația Hawking: concept, caracteristici și probleme ale teoriei particule Hawking

Radiația Hawking este procesul de emisie a diferitelor particule elementare, care a fost descris teoretic de omul de știință britanic Stephen Hawking în 1974.

Cu mult înainte de publicarea lucrărilor lui Stephen Hawking, posibilitatea de radiație a particulelor din găurile negre a fost exprimată de fizicianul teoretician sovietic Vladimir Gribov într-o discuție cu un alt om de știință, Yakov Zeldovich.

În timp ce studia comportamentul particulelor elementare în apropierea unei găuri negre, Stephen Hawking, în vârstă de treizeci de ani, a vizitat Moscova în 1973. În capitală, a putut lua parte la o discuție științifică cu doi oameni de știință sovietici remarcabili, Alexei Starobinsky și Yakov Zeldovich. După ce au lucrat ceva timp la ideea lui Gribov, au ajuns la concluzia că găurile negre pot radia datorită efectului de tunel. Aceasta din urmă înseamnă că există o probabilitate ca o particulă să poată depăși orice barieră, din punctul de vedere al fizicii cuantice. Devenit interesat de acest subiect, Hawking a studiat problema în detaliu și în 1974 și-a publicat lucrarea, care mai târziu a numit radiația menționată după el.

Stephen Hawking a descris procesul de emisie de particule dintr-o gaură neagră oarecum diferit. Cauza principală a unor astfel de radiații sunt așa-numitele „particule virtuale”.

În procesul de descriere a interacțiunilor dintre particule, oamenii de știință au ajuns la ideea că interacțiunile dintre ele apar prin schimbul anumitor cuante („porțiuni” ale unei cantități fizice). De exemplu, interacțiunea electromagnetică într-un atom între un electron și un proton are loc prin schimbul de fotoni (purtători ai interacțiunii electromagnetice).

Totuși, atunci apare următoarea problemă. Dacă considerăm acest electron ca o particulă liberă, atunci în niciun fel nu poate emite sau absorbi un foton, conform principiului conservării energiei. Adică nu poate pur și simplu să piardă sau să câștige nicio cantitate de energie. Apoi oamenii de știință au creat așa-numitele „particule virtuale”. Acestea din urmă diferă de cele reale prin faptul că se nasc și dispar atât de repede încât este imposibil să le înregistrezi. Tot ceea ce particulele virtuale reușesc să facă într-o perioadă scurtă de viață este să transfere impuls altor particule, fără a transfera energie.

Astfel, chiar și spațiul gol, din cauza unor fluctuații fizice (abateri aleatorii de la normă), pur și simplu plin de aceste particule virtuale care se nasc și se distrug în mod constant.

Radiația Hawking

Spre deosebire de fizicienii sovietici, descrierea radiației făcută de Stephen Hawking se bazează pe particule abstracte, virtuale, care fac parte integrantă din teoria câmpului cuantic. Un fizician teoretician britanic se uită la apariția spontană a acestor particule virtuale dintr-o gaură neagră. În acest caz, câmpul gravitațional puternic al unei găuri negre este capabil să „desparte” particulele virtuale chiar înainte de a fi distruse, transformându-le astfel în unele reale. Procese similare sunt observate experimental la sincrofazotroni, unde oamenii de știință reușesc să separe aceste particule, cheltuind în același timp o anumită cantitate de energie.

Din punctul de vedere al fizicii, apariția unor particule reale cu masă, spin, energie și alte caracteristici în spațiul gol „din nimic” contrazice legea conservării energiei și, prin urmare, este pur și simplu imposibilă. Prin urmare, pentru a „transforma” particule virtuale în unele reale, va fi necesară energie, nu mai puțin decât masa totală a acestor două particule, conform legii binecunoscute. O gaură neagră cheltuiește, de asemenea, această cantitate de energie pentru a îndepărta particulele virtuale la orizontul evenimentelor.

Ca urmare a procesului de tragere, una dintre particule, situată mai aproape de orizontul evenimentelor sau chiar sub acesta, „se transformă” într-una reală și este îndreptată spre gaura neagră. Celălalt, în direcția opusă, pornește într-o călătorie liberă prin spațiul cosmic. După efectuarea calculelor matematice, putem fi convinși că, chiar și în ciuda energiei (masei) primite de la o particulă care cade pe suprafața unei găuri negre, energia cheltuită de gaura neagră în procesul de desprindere este negativă. Adică, în cele din urmă, ca rezultat al procesului descris, gaura neagră a pierdut doar o anumită cantitate de energie, care, în plus, este exact egală cu energia (masa) deținută de particula care a zburat „în afară”.

Astfel, conform teoriei descrise, deși gaura neagră nu emite particule, ea contribuie la acest proces și pierde energie echivalentă. Urmând legea deja menționată a lui Einstein a echivalenței masei și energiei, devine clar că o gaură neagră nu are de unde să ia energie decât din propria sa masă.

Pentru a rezuma toate cele de mai sus, putem spune că o gaură neagră emite o particulă și, în același timp, pierde din masă. Ultimul proces a fost numit „evaporarea găurii negre”. Pe baza teoriei radiației Hawking, se poate ghici că după ceva timp, deși foarte lung (trilioane de ani), găurile negre pur și simplu .

Fapte interesante

• Mulți oameni se tem că găurile negre s-ar putea forma la Large Hadron Collider (LHC) și ar putea reprezenta o amenințare pentru viața pământenilor. Nașterea găurilor negre la LHC este posibilă doar în cazul existenței unor dimensiuni suplimentare de spațiu-timp și al prezenței unei puternice interacțiuni gravitaționale la distanțe scurte. Cu toate acestea, o gaură neagră microscopică formată în acest fel se va evapora instantaneu din cauza radiației Hawking.
• Pe baza radiației Hawking, poate funcționa un reactor singular sau un reactor colapsar - un dispozitiv ipotetic care generează găuri negre microscopice. Energia radiației generată ca urmare a evaporării lor va fi principala sursă de energie pentru reactor.

Deși Large Hadron Collider pare amenințător, nu trebuie să vă temeți din cauza radiațiilor Hawking

• După ce și-a publicat lucrările despre radiația găurii negre, Stephen Hawking s-a certat cu un alt om de știință celebru, Kip Thorne. Obiectul de dispută a fost natura obiectului care pretindea a fi o gaură neagră, numită . Deși munca lui Hawking s-a bazat pe existența găurilor negre, el a susținut că Cygnus X-1 nu era o gaură neagră. Este de remarcat faptul că pariurile erau abonamente la reviste. Oferta lui Thorne era un abonament de 4 ani la revista satirică Private Eye, în timp ce oferta lui Hawking era un abonament de un an la revista erotică Penthouse. Stephen a argumentat logica declarației sale în dispută după cum urmează: „chiar dacă se dovedește că greșesc afirmând existența găurilor negre, atunci măcar voi câștiga un abonament la revistă”

Hawking și microgravitația (VărsăturiCometă)

Într-un astfel de scenariu, toate celelalte informații despre materia care a format gaura neagră sau cade în ea (pentru care „părul” este folosit ca metaforă) „dispar” dincolo de orizontul evenimentelor găurii negre și, prin urmare, sunt păstrate, dar nu vor fi accesibile. către observatorii din afară.

În 1973, Hawking a călătorit la Moscova și s-a întâlnit cu oamenii de știință sovietici Yakov Zeldovich și Alexei Starobinsky. În discuțiile cu ei despre munca lor, ei i-au arătat cum principiul incertitudinii înseamnă că găurile negre ar trebui să emită particule. Acest lucru a pus sub semnul întrebării cea de-a doua lege a termodinamicii găurilor negre a lui Hawking (adică găurile negre nu pot deveni mai mici), deoarece trebuie să piardă din masă pe măsură ce pierd energie.

Mai mult, a susținut teoria prezentată de Jacob Bekenstein, un student absolvent la Universitatea John Wheeler, conform căreia găurile negre ar trebui să aibă o temperatură și entropie finite, diferite de zero. Toate acestea au contrazis „teorema fără păr”. Hawking și-a revizuit curând teorema, arătând că atunci când au fost luate în considerare efectele mecanice cuantice, s-a descoperit că găurile negre emit radiații termice de o anumită temperatură.

În 1974, Hawking și-a prezentat descoperirile și a arătat că găurile negre emit radiații. Acest efect a devenit cunoscut sub numele de „radiația Hawking” și a fost inițial controversat. Dar până la sfârșitul anilor 70 și după publicarea unor cercetări ulterioare, descoperirea a fost recunoscută ca o descoperire semnificativă în domeniul fizicii teoretice.

Cu toate acestea, una dintre consecințele unei astfel de teorii a fost că găurile negre pierd treptat în masă și energie. Din această cauză, găurile negre care pierd mai multă masă decât câștigă ar trebui să se micșoreze și în cele din urmă să dispară - un fenomen cunoscut acum sub numele de „evaporare” a găurilor negre.

În 1981, Hawking a propus că informațiile dintr-o gaură neagră se pierd ireversibil atunci când gaura neagră se evaporă, ceea ce a devenit cunoscut sub numele de „paradoxul informațiilor despre gaura neagră”. El a susținut că informațiile fizice ar putea dispărea pentru totdeauna într-o gaură neagră, permițând multor stări fizice să convergă către una singură.

Teoria s-a dovedit a fi controversată, deoarece a încălcat două principii fundamentale ale fizicii cuantice. Fizica cuantică afirmă că informația completă a unui sistem fizic – starea materiei sale (masă, poziție, spin, temperatură etc.) – este codificată în funcția sa de undă până când funcția se prăbușește. Aceasta, la rândul său, conduce la alte două principii.

Primul, determinismul cuantic, afirmă că - având în vedere funcția de undă actuală - schimbările viitoare sunt determinate în mod unic de operatorul evoluției. Al doilea - reversibilitatea - afirmă că operatorul de evoluție are o latură inversă, ceea ce înseamnă că și funcțiile de undă din trecut sunt unice. Combinația acestor principii duce la faptul că informațiile despre starea cuantică a materiei trebuie întotdeauna păstrate.

Hawking la Casa Albă pentru a primi Medalia Libertății

Sugerând că informațiile dispar după ce o gaură neagră se evaporă, Hawking a creat în esență un paradox fundamental. Dacă o gaură neagră se poate evapora, provocând astfel să dispară toate informațiile despre funcția de undă cuantică, atunci informațiile ar putea fi pierdute pentru totdeauna. Această întrebare a devenit subiect de dezbatere în rândul oamenilor de știință și rămâne practic nerezolvată până în prezent.

Cu toate acestea, până în 2003, a existat un anumit consens în rândul fizicienilor că Hawking a greșit în privința pierderii de informații într-o gaură neagră. La o prelegere la Dublin în 2004, el a recunoscut că a pierdut un pariu pe această temă în fața lui John Preskill de la Caltech (pe care l-a făcut în 1997), dar și-a descris propria soluție și oarecum controversată la paradox: poate că găurile negre pot avea mai multe decât o topologie.

Într-o lucrare din 2005 pe care a publicat-o pe tema, Pierderea informațiilor în găurile negre, el a susținut că paradoxul informației este explicat prin studierea tuturor istoriilor alternative ale universurilor, unde pierderea de informații într-unul cu găuri negre este compensată în altul fără ele. Drept urmare, în ianuarie 2014, Hawking a numit paradoxul informațiilor despre gaura neagră „cea mai mare greșeală a lui”.

Hawking și Peter Higgs la Large Hadron Collider

Pe lângă extinderea înțelegerii noastre despre găurile negre și cosmologie folosind relativitatea generală și mecanica cuantică, Stephen Hawking a jucat, de asemenea, un rol esențial în aducerea științei unui public mai larg. De-a lungul lungii sale cariere științifice, a publicat, de asemenea, multe cărți populare, a călătorit și a ținut prelegeri pe scară largă și a apărut în emisiuni de televiziune și filme.

În timpul carierei sale, Hawking a devenit și un educator distins, absolvind personal 39 de studenți de succes cu doctorate. Numele său va rămâne în istoria căutării inteligenței extraterestre și a dezvoltării roboticii și inteligenței artificiale. Pe 20 iulie 2015, Stephen Hawking a contribuit la lansarea Breakthrough Initiatives, o inițiativă de căutare a vieții extraterestre în Univers.

Fără îndoială, Stephen Hawking este unul dintre cei mai faimoși oameni de știință în viață astăzi. Munca sa în astrofizică și mecanică cuantică a condus la descoperiri în înțelegerea noastră a spațiului și timpului și, de asemenea, a generat multe controverse în rândul oamenilor de știință. Aproape niciun om de știință în viață a făcut atât de mult pentru a atrage atenția publicului larg asupra științei.

Există ceva în Hawking de la predecesorul său Albert Einstein, un alt om de știință influent și celebru care a făcut totul pentru a lupta împotriva ignoranței și a dezvolta știința. Dar ceea ce este deosebit de impresionant este că tot ceea ce a făcut Hawking în viața sa (de la un moment dat) a fost în urmărirea unei lupte încăpățânate împotriva unei boli degenerative. (Citiți, de exemplu, rămânând complet nemișcat.)

Hawking a trăit mai bine de 52 de ani cu o boală care, potrivit medicilor, ar fi trebuit să-și ia viața în 2 ani. Și când va veni ziua în care Hawking nu mai este printre noi, timpul îl va plasa fără îndoială alături de oameni ca Einstein, Newton, Galileo și Curie ca unul dintre cei mai mari oameni de știință din istoria omenirii.

Cel mai mare cosmolog și fizician teoretician al timpului nostru. Născut în 1942, viitorul om de știință a început să se confrunte cu probleme de sănătate la vârsta de 20 de ani. Scleroza laterală amiotrofică a făcut foarte dificilă studiul la Departamentul de Fizică Teoretică din Oxford, dar nu l-a împiedicat pe Stephen să ducă un stil de viață foarte activ și plin de evenimente. S-a căsătorit în 1965 și a devenit membru al Societății Regale din Londra în 1974. Până atunci avusese deja o fiică și doi fii. În 1985, omul de știință a încetat să mai vorbească. Astăzi, doar un obraz și-a păstrat mobilitatea în corpul său. Părea complet nemișcat și condamnat. Totuși, în 1995 se căsătorește din nou, iar în 2007... zboară în gravitate zero.

Nu există nicio persoană pe Pământ care să fie lipsită de mobilitate care să trăiască o viață atât de plină, utilă și interesantă.

Dar asta nu este tot. Cea mai mare dezvoltare a lui Hawking a fost teoria găurilor negre. „Teoria lui Hawking”, așa cum este numită acum, a schimbat radical înțelegerea de lungă durată a oamenilor de știință despre Găurile Negre ale Universului.

La începutul lucrărilor la teorie, omul de știință, la fel ca mulți dintre colegii săi, a susținut că tot ceea ce intră în ele este distrus pentru totdeauna. Acest paradox al informației bântuia personalul militar și oamenii de știință din întreaga lume. Se credea că este imposibil să se stabilească orice proprietăți ale acestor obiecte spațiale, cu excepția masei.

După ce a studiat găurile negre în 1975, Hawking a descoperit că acestea emit în mod constant un flux de fotoni și alte particule elementare în spațiu. Cu toate acestea, chiar și omul de știință însuși era sigur că „radiația Hawking” era întâmplătoare, imprevizibilă. Omul de știință britanic a crezut inițial că această radiație nu conține nicio informație.

Cu toate acestea, proprietatea unei minți strălucitoare este capacitatea de a se îndoi constant. Hawking și-a continuat cercetările și a descoperit că evaporarea unei găuri negre (adică radiația Hawking) este de natură cuantică. Acest lucru i-a permis să concluzioneze că informațiile care cad în Gaura Neagră nu sunt distruse, ci schimbate. Teoria conform căreia starea găurii este constantă este corectă atunci când este privită din punctul de vedere al fizicii non-cuantice.

Luând în considerare teoria cuantică, vidul este umplut cu particule „virtuale” care emit diferite câmpuri fizice. Puterea radiației se modifică constant. Când devine foarte puternică, perechile particule-antiparticule se pot naște direct din vid la orizontul de evenimente (limita) găurii negre. Dacă energia totală a unei particule se dovedește a fi pozitivă, iar a doua - negativă, dacă în același timp particulele au căzut într-o gaură neagră, atunci încep să se comporte diferit. Antiparticula negativă începe să reducă energia de repaus a găurii negre, iar particula pozitivă tinde spre infinit.

Din exterior, acest proces arată ca o evaporare provenită dintr-o gaură neagră. Aceasta este ceea ce se numește „radiația Hawking”. Omul de știință a descoperit că această „evaporare” a informațiilor distorsionate are propriul spectru termic, vizibil pentru instrumente și o anumită temperatură.

Radiațiile Hawking, potrivit omului de știință însuși, indică faptul că nu toate informațiile se pierd și dispar pentru totdeauna în Gaura Neagră. El este încrezător că fizica cuantică dovedește imposibilitatea distrugerii complete sau a pierderii de informații. Aceasta înseamnă că radiația Hawking conține astfel de informații, deși într-o formă modificată.

Dacă omul de știință are dreptate, atunci trecutul și viitorul găurilor negre pot fi studiate în același mod ca istoria altor planete.

Din păcate, părerea despre posibilitatea de a călători în timp sau în alte universuri folosind găurile negre. Prezența radiației Hawking demonstrează că orice obiect care cade într-o gaură se va întoarce în Universul nostru sub formă de informații modificate.

Nu toți oamenii de știință împărtășesc convingerile fizicianului britanic. Cu toate acestea, nici ei nu îndrăznesc să-i provoace. Astăzi, întreaga lume așteaptă noile publicații ale lui Hawking, în care acesta a promis că va confirma în detaliu și în mod concludent obiectivitatea teoriei sale, care a dat peste cap lumea științifică.

Mai mult, oamenii de știință au reușit să obțină radiații Hawking în condiții de laborator. Acest lucru s-a întâmplat în 2010.

Există un fenomen care reflectă fenomene atât de diferite precum găurile negre și particulele elementare în interacțiunea lor. Aceasta este radiație Hawking sau cuantică...

De la Masterweb

26.06.2018 18:00

Găuri negre și particule elementare. Fizica modernă leagă împreună conceptele acestor obiecte, dintre care primul sunt descrise în cadrul teoriei gravitației lui Einstein, iar al doilea - în construcțiile matematice ale teoriei câmpurilor cuantice. Se știe că aceste două teorii frumoase și de multe ori confirmate experimental nu sunt foarte „prietenoase” una cu cealaltă. Cu toate acestea, există un fenomen care reflectă fenomene atât de diferite în interacțiunea lor. Aceasta este radiația Hawking sau evaporarea cuantică a găurilor negre. Ce este? Cum functioneazã? Poate fi detectat? Vom vorbi despre asta în articolul nostru.

Găurile negre și orizonturile lor

Să ne imaginăm o regiune a continuumului spațiu-timp ocupată de un corp fizic, de exemplu, o stea. Dacă această regiune este caracterizată de un astfel de raport dintre rază și masă în care curbura gravitațională a continuumului nu permite nimic (chiar o rază de lumină) să părăsească ea, o astfel de regiune se numește gaură neagră. Într-un fel, este într-adevăr o gaură, un decalaj în continuum, așa cum este adesea descris în ilustrații folosind o reprezentare bidimensională a spațiului.

Cu toate acestea, în acest caz ne va interesa nu adâncimea de căscat a acestei găuri, ci limita găurii negre, numită orizont de evenimente. Când luăm în considerare radiația Hawking, o caracteristică importantă a orizontului este că traversarea acestei suprafețe separă permanent și complet orice obiect fizic de spațiul cosmic.

Despre vid și particule virtuale

În înțelegerea teoriei câmpurilor cuantice, vidul nu este deloc gol, ci un mediu special (mai precis, o stare a materiei), adică un câmp în care toți parametrii cuantici sunt egali cu zero. Energia unui astfel de câmp este minimă, dar nu trebuie să uităm de principiul incertitudinii. În deplină conformitate cu acesta, vidul prezintă activitate de fluctuație spontană. Se exprimă în vibrații energetice, care nu încalcă legea conservării.

Cu cât vârful fluctuației energiei vacuumului este mai mare, cu atât durata acesteia este mai scurtă. Dacă o astfel de vibrație are o energie de 2mc2, suficientă pentru a produce o pereche de particule, acestea vor apărea, dar se vor anihila imediat fără a avea timp să se despartă. În acest fel, vor atenua fluctuația. Astfel de particule virtuale se nasc datorită energiei vidului și îi returnează această energie la moartea lor. Existența lor a fost confirmată experimental, de exemplu, prin înregistrarea celebrului efect Casimir, care demonstrează presiunea unui gaz de particule virtuale asupra unui macroobiect.

Pentru a înțelege radiația Hawking, este important ca particulele dintr-un astfel de proces (fie ele electroni cu pozitroni sau fotoni) să se nască în mod necesar în perechi, iar impulsul lor total să fie zero.

Înarmați cu fluctuații de vid sub formă de perechi virtuale, ne vom apropia de marginea găurii negre și vom vedea ce se întâmplă acolo.

La marginea prăpastiei

Datorită prezenței unui orizont de evenimente, o gaură neagră este capabilă să interfereze cu procesul de oscilații spontane a vidului. Forțele de maree de la suprafața găurii sunt enorme, iar câmpul gravitațional de aici este extrem de eterogen. Îmbunătățește dinamica acestui fenomen. Perechile de particule ar trebui create mult mai activ decât în ​​absența forțelor externe. Gaura neagră își cheltuiește energia gravitațională în acest proces.

Nimic nu împiedică una dintre particule să „se scufunde” sub orizontul evenimentelor dacă impulsul său este direcționat corespunzător și nașterea perechii are loc aproape chiar la orizont (în acest caz, gaura cheltuiește energie pentru a rupe perechea). Atunci nu va exista nicio anihilare, iar partenerul particulei agile va zbura departe de gaura neagră. Ca urmare, energia și, prin urmare, masa găurii scade cu o cantitate egală cu masa fugarului. Această „pierdere în greutate” se numește evaporare a găurii negre.

Când a descris radiația găurilor negre, Hawking a operat cu particule virtuale. Aceasta este diferența dintre teoria sa și punctul de vedere al lui Gribov, Zeldovich și Starobinsky, exprimat în 1973. Fizicienii sovietici au subliniat apoi posibilitatea tunelului cuantic al particulelor reale prin orizontul evenimentelor, în urma căreia gaura neagră ar trebui să aibă radiații.

Ce este radiația Hawking

Găurile negre, conform teoriei omului de știință, nu emit nimic în sine. Cu toate acestea, fotonii care părăsesc o gaură neagră au un spectru termic. Pentru un observator, această „ieșire” de particule ar trebui să arate ca și cum gaura, ca orice corp încălzit, emite un fel de radiație, pierzând în mod natural energie în acest proces. Puteți calcula chiar și temperatura comparabilă cu radiația Hawking folosind formula PM=(h∙c3)/(16п2∙k∙G∙M), unde h este constanta lui Planck (nu este dată!), c este viteza luminii, k este constanta lui Boltzmann, G este constanta gravitațională, M este masa găurii negre. Aproximativ această temperatură va fi egală cu 6,169∙10-8 K∙(M0/M), unde M0 este masa Soarelui. Se pare că, cu cât gaura neagră este mai masivă, cu atât temperatura corespunzătoare radiației este mai scăzută.

Dar o gaură neagră nu este o stea. Pierzând energie, nu se răcește. Viceversa! Pe măsură ce masa scade, gaura devine „mai fierbinte”. Pierderea de masă înseamnă și o scădere a razei. Ca urmare, evaporarea are loc cu o intensitate crescândă. Rezultă că găurile mici trebuie să-și completeze evaporarea cu o explozie. Adevărat, deocamdată însăși existența unor astfel de microgăuri rămâne ipotetică.

Există o descriere alternativă a procesului Hawking, bazată pe efectul Unruh (de asemenea ipotetic), care prezice înregistrarea radiației termice de către un observator care accelerează. Dacă este conectat la un cadru de referință inerțial, nu va detecta nicio radiație. Pentru un observator, vidul din jurul unui obiect care se prăbușește accelerat va fi, de asemenea, umplut cu radiații cu caracteristici termice.

Problema informatiei

Problema creată de teoria radiațiilor lui Hawking se datorează așa-numitei „teoreme fără păr” a unei găuri negre. Esența sa, pe scurt, este următoarea: gaura este complet indiferentă față de ce caracteristici avea obiectul care a căzut dincolo de orizontul evenimentelor. Singurul lucru care contează este masa cu care a crescut gaura. Informațiile despre parametrii corpului care a căzut în el sunt stocate în interior, deși sunt inaccesibile pentru observator. Și teoria lui Hawking ne spune că găurile negre, se dovedește, nu sunt eterne. Se pare că informațiile care ar fi fost stocate în ele dispar odată cu găurile. Pentru fizicieni, această situație nu este bună, deoarece duce la probabilități complet lipsite de sens pentru procesele individuale.

Recent, au existat evoluții pozitive în rezolvarea acestui paradox, inclusiv participarea lui Hawking însuși. În 2015, s-a afirmat că, datorită proprietăților speciale ale vidului, este posibil să se identifice un număr infinit de parametri ai radiației unei găuri, adică să „trageți” informații din ea.

Problemă de înregistrare

Dificultatea de a rezolva astfel de paradoxuri este agravată de faptul că radiația Hawking nu poate fi detectată. Să aruncăm o altă privire la formula de mai sus. Arată cât de reci sunt găurile negre - sute de milioane de Kelvin pentru găuri de masă solară și o rază de trei kilometri! Existența lor este foarte îndoielnică.

Există, totuși, speranță pentru găuri negre microscopice (fierbinte, relicte). Dar până acum nimeni nu a observat acești martori prezis teoretic pentru cele mai timpurii ere ale Universului.

În sfârșit, trebuie să adăugăm puțin optimism. În 2016, a apărut un mesaj despre descoperirea unui analog al radiației cuantice Hawking într-un model acustic al orizontului evenimentelor. Analogia se bazează și pe efectul Unruh. Deși are o sferă de aplicabilitate limitată, de exemplu, nu permite studierea dispariției informațiilor, există speranță că o astfel de cercetare va ajuta la crearea unei noi teorii a găurilor negre care să ia în considerare fenomenele cuantice.

Strada Kievian, 16 0016 Armenia, Erevan +374 11 233 255

În principal fotoni, gaură neagră. Datorită energiei și „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">legea conservării energiei și , acest proces este însoțit de o scădere a masei găurii negre, adică „evaporarea” ei. Prevăzută teoretic de Stephen Hawking în 1973. Lucrarea lui Hawking a fost precedat de vizita sa la Moscova în 1973, unde s-a întâlnit cu oamenii de știință sovietici Iakov Zeldovich și Alexander Starobinsky, aceștia i-au demonstrat lui Hawking că, conform principiului incertitudinii al mecanicii cuantice, găurile negre care se rotesc ar trebui să genereze și să emită particule.

Evaporarea unei găuri negre este un proces pur cuantic. Cert este că conceptul de găuri negre ca obiect care nu emite nimic, ci poate absorbi doar materie, este valabil atâta timp cât efectele cuantice nu sunt luate în considerare. În mecanica cuantică, datorită tunelului, devine posibilă depășirea potențialelor bariere care sunt de netrecut pentru un sistem non-cuantic.

În cazul unei găuri negre, situația arată așa. În teoria câmpului cuantic, vidul fizic este umplut cu fluctuații care apar și dispar în mod constant ale diferitelor câmpuri (s-ar putea spune „particule virtuale”). În domeniul forțelor externe, dinamica acestor fluctuații se modifică, iar dacă forțele sunt suficient de puternice, perechile particule-antiparticule se pot naște direct din vid. Astfel de procese apar și în apropierea (dar încă în afara) orizontului de evenimente al unei găuri negre. În acest caz, este posibil un caz în care energia totală i a antiparticulei se dovedește a fi negativă, iar energia totală i a particulei se dovedește a fi pozitivă. Căzând într-o gaură neagră, o antiparticulă își reduce energia totală de repaus și, prin urmare, masa, în timp ce particula este capabilă să zboare la infinit. Pentru un observator îndepărtat, aceasta arată ca radiația dintr-o gaură neagră.

Important este nu numai faptul radiației, ci și faptul că această radiație are un spectru termic. Aceasta înseamnă că radiația din apropierea orizontului de evenimente al unei găuri negre poate fi asociată cu o anumită temperatură

unde este constanta lui Planck, c- viteza luminii in vid, k- constanta Boltzmann, G- constantă gravitațională și, în sfârșit, M- masa găurii negre. Prin dezvoltarea teoriei, este posibil să se construiască termodinamica completă a găurilor negre.

Cu toate acestea, această abordare a unei găuri negre este în conflict cu mecanica cuantică și duce la problema dispariției informației într-o gaură neagră.

Efectul nu a fost încă confirmat de observații. Conform relativității generale, în timpul formării Universului ar fi trebuit să se nască găuri negre primordiale, dintre care unele (cu o masă inițială de 10 12 kg) ar trebui să se termine de evaporare în timpul nostru. Deoarece viteza de evaporare crește pe măsură ce dimensiunea găurii negre scade, etapele finale ar trebui să fie în esență o explozie a găurii negre. Până acum, nu au fost înregistrate astfel de explozii.

Confirmare experimentală

Cercetătorii de la Universitatea din Milano susțin că au putut observa efectul radiației Hawking, creând antipodul unei găuri negre - așa-numita gaură albă. Spre deosebire de o gaură albă, care „aspiră” toată materia și radiația din exterior, o gaură albă oprește complet lumina care pătrunde în ea, creând astfel o limită, un orizont de evenimente. În experiment, rolul unei găuri albe a fost jucat de un cristal de cuarț, care avea o anumită structură și era plasat în condiții speciale, în interiorul căruia fotonii luminii s-au oprit complet. Iluminând cristalul mai sus menționat cu lumină laser infraroșu, oamenii de știință au descoperit și confirmat existența efectului de reemisie, radiația Hawking.

Fizicianul Jeff Steinhauer de la Institutul de Tehnologie din Israel din Haifa a detectat radiația prezisă de Stephen Hawking încă din 1974. Omul de știință a creat un analog acustic al unei găuri negre și a arătat în experimente că radiațiile de natură cuantică emană din aceasta. Articolul a fost publicat în revista Nature Physics, iar BBC News a raportat pe scurt despre studiu.
...Nu este încă posibil să detectăm această radiație dintr-o gaură neagră reală, deoarece este prea slabă. Prin urmare, Steinhauer a folosit analogul său - așa-numita „găură oarbă”. Pentru a modela orizontul de evenimente al unei găuri negre, el a luat un condensat Bose-Einstein de atomi de rubidiu răcit la temperaturi apropiate de zero absolut.
Viteza de propagare a sunetului în el este foarte mică - aproximativ 0,5 mm/sec. Și dacă creați o graniță, pe de o parte a căreia atomii se mișcă cu viteze subsonice și, pe de altă parte, accelerează la viteze supersonice, atunci această graniță va fi similară cu orizontul de evenimente al unei găuri negre. În experiment, cuante atomice - în acest caz fononi - au fost capturate într-o regiune cu viteză supersonică. Perechile de fononi au fost separate, unul era într-o regiune, iar al doilea într-o altă regiune. Corelațiile înregistrate de om de știință indică faptul că particulele sunt încurcate cuantic.