В 1971 году английский физик-теоретик Стивен Хокинг доказал теорему о площади горизонта событий черной дыры, которая утверждает, что общая площадь горизонта не может уменьшаться со временем. Отсюда можно вывести интересное следствие – можно сказать, что общая площадь «поверхности» всех черных дыр во Вселенной растет, вместе с чем должны расти и области космоса, из которых не могут вырваться ни материя, ни излучение.
Форма следствия из теоремы о площадях весьма и весьма напоминает второе начало термодинамики, которое гласит, что энтропия (или степень беспорядка) внутри изолированной системы также никогда не уменьшается. Из-за такого сходства нормального человека просто подмывает рассмотреть черную дыру как классическую термодинамическую систему. Но делать это нельзя. Принципиальное отличие между этими объектами состоит в том, что, в отличие от термодинамической системы, черная дыра неспособна отдавать ни энергию, ни материю.
Эту нестыковку Хокинг обошел в 1974 году, когда предложил добавить в описание черной дыры квантовые эффекты, позволяющие частицам туннелировать из черной дыры сквозь барьер горизонта событий. В такой модели черные дыры могут обладать энтропией и излучать в течение очень долгого времени. Это явление было названо «излучением Хокинга» и остается одним из самых фундаментальных открытий, касающихся черных дыр.
Несмотря на существующее математическое обоснование теоремы о площадях, экспериментального доказательства ее тезисов не было вплоть до успешного обнаружения гравитационных волн на детекторе LIGO. Да и там, сразу получить подтверждение не удалось, хотя Хокинг и обратился с таким запросом к его руководителю Кипу Торну, сразу как только узнал об успехе LIGO. Лишь через несколько лет, к 2021-ому году, постдок МТИ Максимилиано Иси и его коллеги смогли разработать и реализовать методику оценки площади двух черных дыр до и после столкновения для события GW150914, наблюдение за которым и позволило обнаружить гравитационные волны. Если теорема Хокинга оказалась бы верной, то площадь горизонта событий новой черной дыры была бы не меньше общей площади горизонтов ее родительских дыр.
В 2019 году Иси с коллегами научились извлекать из полученных на LIGO экспериментальных данных информацию, позволяющую вычислять окончательную массу и частоту вращения родившейся в столкновении черной дыры. Эти два показателя в свою очередь связаны с размером ее горизонта событий, площадь которого по расчетам оказалось равной 367000 квадратных километров. В дальнейшей своей работе они смогли оценить и суммарную площадь горизонтов родительских дыр, выделив информацию об их массах и частотах вращения из сравнения экспериментальных данных с моделью их столкновения. Получившееся площадь оказалось равной 235 000 квадратных километров, что однозначно подтвердило выполнение теоремы Хокинга.
Экспериментальное доказательство теоремы нельзя недооценивать. Во-первых, новая методика обработки данных позволяет извлекать из них существенно больше полезной информации. Во-вторых, получен косвенный метод выделения из множества массивных объектов именно черных дыр, если уж случается наблюдать столкновение. Ну, и наконец, отсев черных дыр позволит уменьшить число объектов, за которыми стоит наблюдать в поисках «излучения Хокинга».
Мне важно Ваше мнение. Если нравится, ставьте лайк, подписывайтесь.
