Випромінювання Хокінга: таємниць більше немає. Випромінювання Хокінгу: поняття, характеристика та проблеми теорії Частинки хокінгу

Випромінювання Хокінга – процес випромінювання різних елементарних частинок, який був теоретично описаний британським ученим Стівеном Хокінгом у 1974-му році.

Задовго до публікацій робіт Стівена Хокінга можливість випромінювання частинок чорними дірками висловлювалася радянським фізиком-теоретиком Володимиром Грибовим у дискусії з іншим вченим - Яковом Зельдовичем.

Займаючись дослідженням поведінки елементарних частинок поблизу чорної діри, 1973-го року тридцятирічний Стівен Хокінг відвідав Москву. У столиці йому вдалося взяти участь у науковому обговоренні з двома видатними радянськими вченими Олексієм Старобінським та Яковом Зельдовичем. Працюючи деякий час над ідеєю Грибова, вони дійшли висновку, що чорні дірки можуть випромінювати завдяки тунельному ефекту. Останній означає існування ймовірності того, що частка може подолати будь-який бар'єр з точки зору квантової фізики. Зацікавившись цією темою, Хокінг докладно вивчив питання й у 1974-му році опублікував свою роботу, після якої його ім'ям було названо згадане випромінювання.

Стівен Хокінг дещо по-іншому описав процес випромінювання частинок чорною діркою. Першопричиною такого випромінювання є так звані «віртуальні частки».

У процесі опису взаємодій між частинками вчені дійшли думки у тому, що взаємодії з-поміж них відбуваються у вигляді обміну деякими квантами («порції» будь-якої фізичної величини). Наприклад, електромагнітна взаємодія в атомі між електроном та протоном протікає за допомогою обміну фотонами (переносниками електромагнітної взаємодії).

Однак тоді виникає така проблема. Якщо розглянути цей електрон як вільну частинку, то він аж ніяк не може просто випромінювати або поглинути фотон відповідно до принципу збереження енергії. Тобто він не може просто втратити чи придбати якусь кількість енергії. Тоді вчені створили так звані «віртуальні частки». Останні відрізняються від реальних тим, що народжуються та зникають так швидко, що зареєструвати їх неможливо. Все, що віртуальні частки встигають зробити за короткий проміжок свого життя, – це передати імпульс іншим частинкам, при цьому не передаючи енергію.

Таким чином, навіть порожній простір, через деякі фізичні флуктуації (випадкові відхилення від норми) просто кишить цими віртуальними частинками, які постійно народжуються і знищуються.

Випромінювання Хокінга

На відміну від радянських фізиків, опис випромінювання Стівеном Хокінгом ґрунтується на абстрактних, віртуальних частках, які є невід'ємною частиною квантової теорії поля. Британський фізик-теоретик розглядає спонтанне виникнення цих віртуальних частинок на чорній дірці. У такому разі потужне гравітаційне поле чорної діри здатне «розтягти» віртуальні частки ще до моменту їх знищення, тим самим перетворивши їх на реальні. Подібні процеси експериментально спостерігаються на синхрофазотронах, де вченим вдається розтягувати ці частинки, при цьому витрачаючи деяку кількість енергії.

З погляду фізики, виникнення реальних частинок, що мають масу, спин, енергію та інші характеристики, у порожньому просторі «з нічого» суперечить закону збереження енергії, а отже, просто неможливо. Тому для «перетворення» віртуальних частинок на реальні знадобиться енергія, не менша, ніж сумарна маса цих двох частинок, згідно з відомим законом. Такий запас енергії витрачає і чорна діра на те, щоб розтягнути віртуальні частки на обрії подій.

В результаті процесу розтягування одна з частинок, що знаходиться ближче до горизонту подій або навіть під ним, «перетворюється» на реальну, і прямує у бік чорної дірки. Інша ж, у зворотному напрямку вирушає у вільне плавання космічним простором. Провівши математичні підрахунки, можна переконатися в тому, що навіть, незважаючи на отриману енергію (масу) від частки, що впала на поверхню чорної дірки, енергія, витрачена чорною діркою на процес розтягування – негативна. Тобто, в кінцевому рахунку, в результаті описаного процесу, чорна діра лише втратила деякий запас енергії, який, причому, точно дорівнює енергії (масі), якою володіє частинка, що відлетіла «назовні».

Таким чином, згідно з описаною теорією, чорна діра хоч і не випромінює жодних частинок, але сприяє такому процесу і втрачає еквівалентну енергію. Дотримуючись вже згаданого закону Ейнштейна про еквівалентність маси та енергії, стає ясно, що чорній дірі ні звідки брати енергію, окрім як із власної маси.

Підсумовуючи всього вищеописаного, можна сказати, що чорна діра випромінює частинку і при цьому втрачає деяку масу. Останній процес був названий як «випаровування чорної дірки». Виходячи з теорії про випромінювання Хокінга, можна здогадатися, що через деякий час, хоч і дуже тривалий (трильйони років), чорні дірки просто .

Цікаві факти

• Багато людей побоюються, що на Великому Адронному Колайдері (БАК) можуть утворитися чорні дірки і, ймовірно, принести загрозу життя землян. Народження чорних дірок на ВАК можливе лише у разі існування додаткових вимірів простору-часу та наявності потужної гравітаційної взаємодії на малих відстанях. Однак сформована таким чином мікроскопічна чорна діра миттєво випарується за рахунок випромінювання Хокінга.
• На основі випромінювання Хокінга може працювати сингулярний реактор або колапсарний реактор - гіпотетичний пристрій, що породжує чорні мікроскопічні діри. Енергія випромінювання, утвореного внаслідок їхнього випаровування, і буде основним джерелом енергії реактора.

Хоча Великий Адронний Колайдер і виглядає грізно, через випромінювання Хокінга боятися нічого

• Опублікувавши свою роботу з випромінювання чорних дірок, Стівен Хокінг посперечався з іншим відомим вченим Кіпом Торном. Предметом суперечки стала природа об'єкта, який претендує на звання чорної дірки, під назвою . Незважаючи на те, що робота Хокінга ґрунтувалася на припущенні про існування чорних дірок, він стверджував, що Лебідь Х-1 не є чорною діркою. Примітно, що ставками виступали підписки на журнали. Ставка Торна представлялася у вигляді 4-річної підписки на сатиричний журнал "Private eye", тоді як ставка Хокінга - річна підписка на еротичний журнал "Пентхауз". Логіку свого затвердження у суперечці, Стівен аргументував наступним: «навіть якщо я не прав, стверджуючи про існування чорних дірок, то хоч виграю підписку на журнал»

Хокінг та мікрогравітація (VomitComet)

За таким сценарієм, вся інша інформація про матерію, яка утворила чорну дірку або падає в неї (для якої використовуються «волосся» як метафора), «зникає» за горизонтом подій чорної діри і, отже, зберігається, але буде недоступною для зовнішніх спостерігачів.

У 1973 році Хокінг їздив до Москви і бачився з радянськими вченими Яковом Зельдовичем та Олексієм Старобінським. У ході дискусій з ними про їхню роботу вони показали йому, як принцип невизначеності призводить до того, що чорні дірки повинні випромінювати частки. Це поставило під питання другий закон термодинаміки чорної діри Хокінга (тобто чорні діри не можуть ставати менше), оскільки за рахунок енергії вони мають втрачати й масу.

Більше того, це підтримувало теорію, висунуту Якобом Бекенштейном, аспірантом Університету Джона Уїлера, що чорні дірки повинні мати кінцеву ненульову температуру та ентропію. Усе це суперечило «теоремі про відсутність волосся». Хокінг невдовзі переглянув свою теорему, показавши, що коли враховуються квантово-механічні ефекти, виявляється, що чорні дірки випромінюють теплове випромінювання певної температури.

У 1974 році Хокінг представив свої висновки і показав, що чорні дірки випромінюють радіацію. Цей ефект став відомий як "випромінювання Хокінга" і спочатку був суперечливим. Але до кінця 70-х і після публікації подальших досліджень відкриття було визнано як суттєвий прорив у галузі теоретичної фізики.

Проте одним із наслідків такої теорії було те, що чорні дірки поступово втрачають масу та енергію. Через це чорні дірки, які втрачають більше маси, ніж здобувають, повинні стискатися і зрештою зникати - зараз це явище відоме як «випаровування» чорної дірки.

У 1981 році Хокінг припустив, що інформація в чорній дірі незворотно втрачається, коли чорна діра випаровується, що стало відомо як «інформаційний парадокс чорної діри». Він стверджував, що фізична інформація може назавжди зникнути у чорній дірі, дозволяючи безлічі фізичних станів приходити до єдиного.

Теорія виявилася спірною, оскільки порушувала два фундаментальні принципи квантової фізики. Квантова фізика стверджує, що повна інформація фізичної системи - стан її матерії (маса, положення, спин, температура тощо) - закодована в її хвильовій функції доти, доки функція не колапсує. Це, своєю чергою, призводить до двох інших принципів.

Перший – квантовий детермінізм – стверджує, що – враховуючи справжню хвильову функцію – майбутні зміни унікально визначаються оператором еволюції. Другий – оборотність – стверджує, що оператор еволюції має зворотний бік, а отже минулі хвильові функції також унікальні. Поєднання цих принципів призводить до того, що інформація про квантовий стан матерії завжди має зберігатися.

Хокінг у Білому домі на врученні Медалі свободи

Припустивши, що інформація зникає після випаровування чорної діри, Хокінг насправді створив фундаментальний парадокс. Якщо чорна діра може випаровуватися, тим самим призводячи до зникнення всієї інформації про квантову хвильову функцію, тоді інформація може бути в принципі втрачена назавжди. Це питання стало предметом дискусій серед науковців і залишається практично невирішеним досі.

І все ж таки до 2003 року серед фізики склався певний консенсус на тему того, що Хокінг був неправий про втрату інформації в чорній дірі. На лекції в Дубліні в 2004 році він визнав, що програв парі на цю тему Джону Прескіллу з Калтеха (яке уклав у 1997 році), але описав власне та дещо спірне вирішення проблеми парадоксу: можливо, чорні дірки можуть мати більше ніж одну топологію.

У роботі 2005 року, яку він опублікував на цю тему – «Втрата інформації в чорних дірах», – він стверджував, що інформаційний парадокс пояснюється вивченням усіх альтернативних історій всесвітів, коли інформаційна втрата в одній із чорними дірками компенсується в іншій без них. У результаті в січні 2014 року Хокінг назвав інформаційний парадокс чорної діри своєю «найбільшою помилкою».

Хокінг та Пітер Хіггс на Великому адронному колайдері

На додаток до розширення нашого розуміння чорних дірок та космології із застосуванням ОТО та квантової механіки, Стівен Хокінг також відіграв важливу роль у залученні до науки широкої аудиторії. За свою довгу наукову кар'єру він також опублікував багато популярних книг, багато подорожував та читав лекції, з'являвся на телешоу та у фільмах.

За час своєї кар'єри Хокінг також став заслуженим педагогом, особисто випустивши 39 успішних студентів із докторським ступенем. Його ім'я залишиться і в історії пошуку позаземного розуму, і розвитку робототехніки та штучного інтелекту. 20 липня 2015 року Стівен Хокінг допоміг запустити Breakthrough Initiatives, ініціативу пошуку позаземного життя у Всесвіті.

Поза всякими сумнівами, Стівен Хокінг - один із найвідоміших учених, які живуть сьогодні. Його робота в галузі астрофізики та квантової механіки призвела до прориву в нашому розумінні простору та часу, а також породила безліч суперечок серед учених. Навряд чи хтось із учених, що живуть нині, зробив стільки для привернення уваги широкої публіки до науки.

Є в Хокінгу щось від його попередника Альберта Ейнштейна - іншого впливового та знаменитого вченого, який зробив усе для боротьби з невіглаством та розвитку науки. Але особливо вражає те, що все, що Хокінг робив у своєму житті (з певного моменту), відбувалося в запеклій боротьбі з дегенеративним захворюванням. (Почитайте, наприклад, залишаючись абсолютно нерухомим).

Більше 52 років Хокінг прожив із хворобою, яка, на думку лікарів, мала забрати його життя за 2 роки. І коли настане день, коли Хокінга вже не буде з нами, час, безсумнівно, помістить його поряд з такими людьми, як Ейнштейн, Ньютон, Галілей і Кюрі, одним із найбільших учених в історії людства.

Найбільший космолог та фізик-теоретик нашого часу. Народжений у 1942 році, майбутній учений вже у 20 років почав відчувати проблеми зі здоров'ям. Бічний аміотрофічний склероз сильно ускладнював навчання на факультеті теоретичної фізики Оксфорда, проте не заважав Стівену вести дуже активний, сповнений подій спосіб життя. Він одружився в 1965, став членом Лондонського Королівського товариства в 1974. На той час у нього вже народилися дочка і двоє синів. 1985 року вчений перестав говорити. Сьогодні в його організмі рухливість зберегла лише одна на щоці. Здавалося, що цілком нерухомий та засуджений. Однак у 1995 він знову одружується, а в 2007… здійснює політ у невагомості.

На Землі немає людини, позбавленої рухливості, яка жила б настільки наповненим, корисним та цікавим життям.

Але це ще не все. Найбільшою розробкою Хокінга стала теорія Чорних дірок. «Теорія Хокінга», як її тепер називають, кардинально змінила багаторічні уявлення вчених про Чорні діри Всесвіту.

На початку роботи над теорією вчений, як і багато його колег, стверджував, що назавжди знищується все, що потрапляє до них. Цей інформаційний парадокс не давав спокою військовим та вченим усього світу. Вважалося, що жодних властивостей цих космічних об'єктів, крім маси, встановити неможливо.

Зайнявшись вивченням Чорних дірок у 1975 році, Хокінг встановив, що вони постійно випромінюють у космос потік фотонів та деяких інших елементарних частинок. Проте навіть сам учений був упевнений, що «випромінювання Хокінга» має випадковий, непередбачуваний характер. Вчений британець спершу думав, що це випромінювання не несе жодної інформації.

Однак властивість геніального розуму – вміння постійно сумніватися. Хокінг продовжив дослідження і виявив, що випаровування Чорної Діри (тобто випромінювання Хокінга) має квантовий характер. Це дозволило йому зробити висновок, що інформація, що потрапила до Чорної діри, не руйнується, а змінюється. Теорія у тому, що стан діри завжди, правильно, якщо його з погляду неквантової фізики.

З урахуванням квантової теорії вакуум наповнений «віртуальними» частинками, які випромінюють різні фізичні поля. Сила випромінювання змінюється постійно. Коли вона стає дуже сильною, безпосередньо з вакууму на горизонті подій (кордону) Чорної дірки можуть народитися пари частинок-античастинок. Якщо повна енергія однієї частки виявляється позитивною, а другий - негативною, якщо при цьому частки впали в Чорну дірку, то вони починають поводитися по-різному. Негативна античастка починає зменшувати енергію спокою Чорної дірки, а позитивна частка прагне в нескінченність.

З боку цей процес виглядає як випаровування з Чорної діри. Саме і зветься «випромінювання Хокінга». Вчений встановив, що це «випаровування» спотвореної інформації має власний тепловий, видимий приладами, спектр, певну температуру.

Випромінювання Хокінга, на думку вченого, свідчить про те, що не вся інформація втрачається і назавжди зникає в Чорній дірі. Він упевнений, що квантова фізика доводить неможливість повного знищення чи втрати інформації. А це означає, що така інформація, нехай у зміненому вигляді, містить випромінювання Хокінга.

Якщо вчений правий, то минуле і майбутнє Чорних дірок можна досліджувати так само, як історію інших планет.

На жаль, думка про можливість подорожі через час або до інших всесвітів за допомогою Чорних дір. Наявність випромінювання Хокінга доводить, що будь-який об'єкт, що впав у дірку, повернеться до нашого Всесвіту у вигляді зміненої інформації.

Не всі вчені поділяють переконання британського фізика. Проте заперечувати їх вони теж не наважуються. Сьогодні весь світ чекає на нові публікації Хокінга, в яких він обіцяв докладно і доказово підтвердити об'єктивність своєї теорії, що перевернула науковий світ.

Тим більше, що вченим вдалося отримати випромінювання Хокінга в лабораторних умовах. Це сталося у 2010 р.

Існує явище, яке відображає такі різні феномени, як чорні дірки та елементарні частинки, в їх взаємодії. Це випромінювання Хокінга чи квантово...

Від Masterweb

26.06.2018 18:00

Чорні дірки та елементарні частинки. Сучасна фізика пов'язує разом поняття про ці об'єкти, перші з яких описуються в рамках ейнштейнівської теорії гравітації, а другі – у математичних конструкціях квантової теорії поля. Відомо, що ці дві красиві і багаторазово підтверджені експериментально теорії не дуже "дружать" між собою. Однак існує явище, яке відображає такі різні феномени в їх взаємодії. Це випромінювання Хокінгу або квантове випаровування чорних дірок. Що це таке? Як воно працює? Чи може бути виявлено? Про це ми поговоримо у нашій статті.

Чорні дірки та їхні горизонти

Уявімо собі певну область просторово-часового континууму, зайняту фізичним тілом, наприклад, зіркою. Якщо ця область характеризується таким співвідношенням радіусу і маси, при якому гравітаційне викривлення континууму не дозволяє будь-чому (навіть світловому променю) покинути її, така область називається чорною діркою. У певному сенсі це справді дірка, провал у континуумі, як його часто зображують на ілюстраціях, використовуючи двовимірне уявлення простору.

Однак нас у цьому випадку цікавитиме не сяюча глибина цього провалу, а межа чорної діри, яка називається горизонтом подій. У рамках розгляду питання про випромінювання Хокінга важливою особливістю горизонту є те, що перетин цієї поверхні назавжди і повністю відокремлює будь-який фізичний об'єкт від зовнішнього простору.

Про вакуум і віртуальні частки

У розумінні квантової теорії поля вакуум - це зовсім не порожнеча, а особливе середовище (точніше, стан матерії), тобто поле, всі квантові параметри якого дорівнюють нулю. Енергія такого поля мінімальна, проте не слід забувати про принцип невизначеності. У повній відповідності до нього вакуум проявляє спонтанну флуктуаційну активність. Виявляється вона в енергетичних коливаннях, що аж ніяк не порушує закону збереження.

Чим вищий пік енергетичної флуктуації вакууму, тим коротша її тривалість. Якщо подібне коливання матиме енергію 2mc2, достатню для народження пари частинок, вони виникнуть, але негайно анігілюють, не встигнувши розлетітися. Тим самим вони погасять флуктуацію. Такі віртуальні частинки народжуються за рахунок енергії вакууму і повертають йому цю енергію за своєї загибелі. Їхнє існування підтверджено експериментально, наприклад, при реєстрації знаменитого ефекту Казимира, що демонструє тиск газу віртуальних частинок на макрооб'єкт.

Для розуміння випромінювання Хокінга важливо, що частинки в подібному процесі (чи електрони з позитронами або фотони) народжуються обов'язково парами, а їх сумарний імпульс дорівнює нулю.

Озброївшись флуктуаціями вакууму у формі віртуальних пар, ми наблизимося до межі чорної дірки і подивимося, що там відбувається.

Біля краю прірви

Завдяки наявності горизонту подій чорна діра здатна втрутитися у процес спонтанних вакуумних коливань. Приливні сили біля поверхні дірки величезні, гравітаційне поле тут вкрай неоднорідне. Воно посилює динаміку цього явища. Пари частинок повинні народжуватися набагато активніше, ніж відсутність зовнішніх сил. На цей процес чорна діра витрачає свою гравітаційну енергію.

Ніщо не забороняє одній з частинок «пірнути» під обрій подій, якщо її імпульс спрямований відповідним чином і народження пари відбулося практично біля самого горизонту (при цьому діра витрачає енергію на розрив пари). Тоді ніякої анігіляції вже не буде, а партнер спритної частки відлетить від чорної дірки. В результаті зменшується енергія, отже, і маса дірки на величину, що дорівнює масі втікача. Це «схуднення» отримало назву випаровування чорної дірки.

При описі випромінювання чорних дірок Хокінг оперував саме віртуальними частинками. У цьому полягає відмінність його теорії з погляду Грибова, Зельдовича і Старобинського, висловленої 1973 року. Радянські фізики вказували тоді на можливість квантового тунелювання реальних частинок через горизонт подій, внаслідок чого чорна діра повинна мати випромінювання.

Що таке випромінювання Хокінга

Чорні дірки, згідно з теорією вченого, нічого самі не випромінюють. Однак фотони, що залишають чорну дірку, мають тепловий спектр. Для спостерігача цей «вихід» часток повинен виглядати так, ніби дірка, подібно до будь-якого нагрітого тіла, випромінює якесь випромінювання, природно, втрачаючи при цьому енергію. Можна навіть розрахувати температуру, що зіставляється випромінювання Хокінга, за формулою ТЧД=(h∙c3)/(16п2∙k∙G∙M), де h – постійна Планка (не наведена!), c – швидкість світла, k – постійна Больцмана, G – гравітаційна стала, М – маса чорної дірки. Приблизно ця температура дорівнюватиме 6,169∙10-8 К∙(М0/М), де М0 – маса Сонця. Виходить, чим масивніша чорна діра, тим нижча відповідна випромінювання температура.

Але чорна дірка – це не зірка. Втрачаючи енергію, вона не остигає. Навпаки! Зі зменшенням маси діра стає все «гаряче». Втрата маси означає зменшення радіуса. У результаті випаровування йде з наростаючою інтенсивністю. Звідси випливає, що маленькі дірки мають завершувати своє випаровування вибухом. Щоправда, поки саме існування таких мікродір залишається гіпотетичним.

Є альтернативний опис хокінгівського процесу, заснований на ефекті Унру (теж гіпотетичному), що передбачає реєстрацію теплового випромінювання спостерігачем, що прискорюється. Якщо вона буде пов'язана з інерційною системою відліку, то ніякого випромінювання не виявить. Вакуум навколо прискорено колапсуючого об'єкта для спостерігача також буде заповнений випромінюванням з тепловими характеристиками.

Проблема інформації

Неприємності, які створила теорія випромінювання Хокінга, пов'язані з так званою «теоремою відсутності волосся» у чорної дірки. Суть її коротко в наступному: дірці абсолютно байдуже, які характеристики мав той об'єкт, який потрапив за обрій подій. Важлива лише маса, яку збільшилася дірка. Інформація про параметри тіла, що впала в неї, зберігається всередині, хоч і недоступна спостерігачеві. А теорія Хокінга повідомляє нам, що чорні дірки виявляється не вічні. Виходить, інформація, яка б так і зберігалася в них, разом з дірками і зникає. Для фізиків це ситуація погана, оскільки призводить до абсолютно безглуздих можливостей окремих процесів.

Останнім часом намітилися позитивні зрушення у вирішенні даного парадоксу, включаючи участь самого Хокінга. У 2015 році було заявлено, що завдяки особливим властивостям вакууму можна виявити нескінченну кількість параметрів випромінювання дірки, тобто «витягти» з неї інформацію.

Проблема реєстрації

Складність дозволу подібних парадоксів посилюється тим, що випромінювання Хокінга неможливо зареєструвати. Погляньмо ще раз на формулу, наведену вище. Вона показує, наскільки холодні чорні дірки – стомільйонні частки Кельвіна для дірок сонячної маси та трикілометрового радіусу! Існування їх дуже сумнівне.

Є, щоправда, надія на мікроскопічні (гарячі, реліктові) чорні дірки. Але досі ніхто не спостерігав цих теоретично передбачуваних свідків ранніх епох Всесвіту.

Насамкінець потрібно внести трохи оптимізму. 2016 року з'явилося повідомлення про виявлення аналога квантового випромінювання Хокінга на акустичній моделі горизонту подій. Аналогія також ґрунтується на ефекті Унру. Хоча вона має обмежену сферу застосування, наприклад, не дозволяє вивчати зникнення інформації, проте є надія, що такі дослідження допоможуть у створенні нової теорії чорних дірок, що враховує квантові явища.

Вулиця Київян, 16 0016 Вірменія, Єреван Сервіс +374 11 233 255

Переважно фотонів, чорною діркою. В силу енергії і" http://ua.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 Закон закону збереження енергії, цей процес супроводжується зменшенням маси чорної діри, тобто її «випаровуванням». , де він зустрічався з радянськими вченими Яковом Зельдовичем і Олександром Старобінським, вони продемонстрували Хокінгу, що відповідно до принципу невизначеності квантової механіки чорні діри, що обертаються, повинні породжувати і випромінювати частки.

Випаровування чорної діри - чисто квантовий процес. Справа в тому, що поняття про чорну дірку як об'єкт, який нічого не випромінює, а може лише поглинати матерію, справедливе доти, доки не враховуються квантові ефекти. У квантовій механіці, завдяки тунелюванню, з'являється можливість долати потенційні бар'єри, непереборні для неквантової системи.

У разі чорної діри ситуація виглядає так. У квантовій теорії поля фізичний вакуум наповнений флуктуаціями різних полів, що постійно народжуються і зникають (можна сказати і «віртуальними частинками»). У полі зовнішніх сил динаміка цих флуктуацій змінюється, і якщо сили досить великі, прямо з вакууму можуть народжуватися пари-частинка. Такі процеси відбуваються і поблизу (але все ж таки зовні) горизонту подій чорної дірки. При цьому можливий випадок, коли повна енергія античастинки виявляється негативною, а повна енергія частинки - позитивної. Падаючи в чорну дірку, античастка зменшує її повну енергію спокою, а значить і масу, у той час як частка виявляється здатною полетіти в нескінченність. Для віддаленого спостерігача це виглядає як випромінювання чорної дірки.

Важливим є факт випромінювання, а й те, що це випромінювання має тепловий спектр . Це означає, що випромінювання поблизу горизонту подій чорної діри можна порівняти певну температуру.

де - постійна Планка, c- швидкість світла у вакуумі, k- Постійна Больцмана, G- гравітаційна стала, і, нарешті, M- Маса чорної дірки. Розвиваючи теорію, можна побудувати і повну термодинаміку чорних дірок.

Однак такий підхід до чорної діри виявляється у суперечності з квантовою механікою і призводить до проблеми зникнення інформації в чорної дірі.

До цього часу ефект не підтверджений спостереженнями. Згідно з ОТО, при утворенні Всесвіту мали народитися первинні чорні дірки, деякі з яких (з початковою масою 10 12 кг) повинні закінчувати випаровуватися в наш час. Оскільки інтенсивність випаровування зростає зі зменшенням розміру чорної діри, то останні стадії мають бути по суті вибухом чорної діри. Поки що таких вибухів зареєстровано не було.

Експериментальне підтвердження

Дослідники з університету Мілана (University of Milan) стверджують, що їм вдалося спостерігати ефект радіації Хокінга, створивши антипод чорної дірки – так звану білу дірку. На відміну від білої дірки, що «засмоктує» ззовні всю матерію та випромінювання, біла дірка повністю зупиняє світло, що потрапляє до неї, створюючи таким чином кордон, обрій подій. В експерименті роль білої діри грав кристал кварцу, що має певну структуру і поміщений в особливі умови, всередині якого відбувалася повна зупинка фотонів світла. Висвітлюючи світлом інфрачервоного лазера вищезгаданий кристал, вчені виявили та підтвердили існування ефекту перевипромінювання, радіації Хокінга.

Фізик Джефф Штейнхауер (Jeff Steinhauer) з Ізраїльського технологічного інституту в Хайфі зафіксував випромінювання, передбачене Стівеном Хокінгом ще 1974 року. Вчений створив акустичний аналог чорної дірки і показав в експериментах, що від неї виходить випромінювання квантової природи. Стаття опублікована в журналі Nature Physics, коротко про дослідження повідомляє ВВС News.
...Зафіксувати це випромінювання на справжній чорній дірі поки неможливо, оскільки воно занадто слабке. Тому Штейнхауер використав її аналог - так звану «глуху дірку». Для моделювання горизонту подій чорної діри він узяв конденсат Бозе-Ейнштейна з охолоджених до близьких до абсолютного нуля температур атомів рубідії.
Швидкість поширення звуку в ньому дуже мала – близько 0,5 мм/сек. І якщо створити кордон, з одного боку, від якого атоми рухаються з дозвуковою швидкістю, а з іншого - прискорюються до надзвукової швидкості, то ця межа буде аналогічна горизонту подій чорної діри. Кванти атомів - у разі фонони - в експерименті захоплювалися областю з надзвуковою швидкістю. Пари фононів були розірвані, один перебував на одній області, а другий - на другий. Зафіксовані вченим кореляції свідчать, що частки виявляються квантово заплутаними.