Перевод на русский: Д. С. Кравченко, 29.05.2005
Изменено: Ilja Schmelzer 16.07.1997
Оригинал: John Baez 1994
В 1975 г. Хокинг опубликовал сенсационный результат: если учесть квантовую механику, то получится, что чёрные дыры не являются совсем чёрными! Вместо этого, они должны слабо светиться "излучением Хокинга", которое должно состоять из фотонов, нейтрино, и в меньшей степени из разнообразных тяжёлых частиц. Это явление никогда не наблюдалось, поскольку все чёрные дыры, которые мы наблюдаем в космосе, окружены массами падающего на них газа, излучение которого полностью перебивает слабое излучение Хокинга. Действительно, если масса чёрной дыры составляет M солнечных масс, Хокинг рассчитал, что она должна светиться, как абсолютно чёрное тело при температуре
кельвинов,
то есть, это излучение должно давать существенный вклад только для очень маленьких чёрных дыр. Тем не менее, это явление очень интересно с теоретической точки зрения, и народ продолжает работать над пониманием того, как квантовая теория и гравитация состыкуются друг с другом и тратить много сил, стараясь разобраться в последствиях. Наиболее важный вывод состоит в том, что если чёрную дыру оставить в одиночестве и лишить притока вещества, то она постепенно излучит всю свою массу, сперва понемногу, а потом, по мере испарения, всё быстрее и быстрее и, наконец, исчезнет во вспышке, как водородная бомба. Однако рассчитано, что общее время жизни чёрной дыры в M солнечных масс должно составить
секунд,
то есть не ждите, что где-нибудь неподалёку отдаст душу большая чёрная дыра. Люди сейчас ведут поиск взрывов маленьких чёрных дыр, которые могли образоваться во время Большого вызрыва, но пока ничего не нашли.
Как работает излучение Хокинга? Во многих научно-популярных книгах вы найдёте следующее объяснение
Возле горизонта событий, как и повсюду в пространстве, постоянно образуются паты виртуальных частиц. Обычно образуется пара из частицы и античастицы, которые быстро аннигилируют друг с другом. Однако возле горизонта существует возможность, что одна из частиц провалится до того, как успеет произойти аннигиляция, тогда другая частица улетает в составе излучения Хокинга.
На самом деле это объяснение никак не соотностится со способом реального расчёта. Точнее говоря, я лично ни разу не видел, чтобы стандартный расчёт можно было бы переписать в виде, использующем виртуальные частицы, проскальзывающие за горизонт, а на последней дискуссии по этому поводу, на которой я был, особо подчёркивалось, что никто пока не получил "локального" описания излучения Хокинга в терминах явлений, происходящих в районе горизонта. Я был бы рад, если бы специалисты среди читателей поправили меня… Замечу: я бы не удивился, если бы эта эвристическая картинка оказалась бы точной, я просто не вижу, как её можно вывести из стандартных расчётов.
Обычный способ расчёта включает в себя преобразования Боголюбова. Мысль состоит в том, что когда квантуется (например) эектромагнитное поле, то берутся решения классических уравнений (уравнений Максвелла) и записываются в виде линейной комбинации частей с положительной и отрицательной частотами. Грубо говоря, одна представляет частицы, а другая — античастицы. Говоря точнее, такое разложение подразумевается в самом определении вакуума в квантовой теории! Иными словами, если Вы запишите разложение одним способом, а я другим — то наши представления о состоянии вакуума могут разойтись друг с другом.
(продолжение следует)