Наиболее известная теория Стивена Хокинга о чёрных дырах только что получила зловещее дополнение, где говорится, что все объекты, имеющие массу, однажды исчезнут.
В 1974 году Хокинг предположил, что чёрные дыры в итоге испаряются, теряя то, что сейчас известно как излучение Хокинга — постепенное истощение энергии в форме световых частиц, возникающих вокруг невероятно мощных гравитационных полей чёрных дыр. Новое дополнение к этой теории предполагает, что излучение Хокинга возникает благодаря утечке энергии не только из чёрных дыр, но и из любых объектов с достаточной массой.
Если эта теория верна, значит всё во Вселенной однажды исчезнет, её энергия медленно покинет её в виде света.
«Это означает, что объекты без горизонта событий (гравитационной точки невозврата, за которой ничто, даже свет, не может ускользнуть из чёрной дыры), такие как останки умерших звёзд и другие крупные объекты во Вселенной, также обладают таким типом излучения, — говорит в официальном сообщении ведущий автор Хейно Фальке (Heino Falcke), профессор астрофизики в университете Неймегена (Radboud Universiteit Nijmegen). — И после очень длительного периода это приведёт к тому, что всё во Вселенной однажды испарится, так же как и чёрные дыры. Это меняет не только наше понимание излучения Хокинга, но также наше видение Вселенной и её будущего».
Исследователи опубликовали результаты своей работы 2 июня в журнале Physical Review Letters.
Пространственно-временные монстры
Согласно квантовой теории поля такой вещи, как пустой вакуум, не существует. Вместо этого пространство кишит крохотными вибрациями, которые, если их насытить достаточным количеством энергии, в случайном порядке взрываются и становятся виртуальными частицами, производя сгустки света с очень низкой энергией, или фотоны.
В знаменательной статье, опубликованной в 1974 году, Хокинг сделал знаменитое предсказание, что предельные гравитационные силы, испытываемые в устьях чёрных дыр, горизонты их событий, таким образом приведут к образованию фотонов. Гравитация, согласно общей теории относительности Эйнштейна, искажает пространство-время, так что квантовые поля искривляются тем больше, чем ближе они к огромной гравитационной тяге сингулярности чёрной звезды.
Из-за неопределённости и запутанности квантовой механики, Хокинг сказал, что эти искажения создают неравномерные карманы по-разному текущего времени, что впоследствии проводит к пикам энергии по всему полю. Благодаря этим энергетическим несоответствиям в искривлённом пространстве вокруг чёрных дыр появляются фотоны, выкачивая энергию из поля чёрной дыры для того, чтобы родиться. Если после этого частицы ускользают из чёрной дыры, такое «воровство» энергии привело Хокинга к заключению, что спустя огромное количество времени, намного более длительное, чем теперешний возраст Вселенной, чёрные дыры однажды потеряют всю свою энергию и полностью исчезнут.
Но если гравитационное поле — это всё, что необходимо для создания квантовых флуктуаций и фотонов, что помешает любому объекту с искажающей пространство-время массой создать излучение Хокинга? Необходимо ли для создания излучения Хокинга особенное условие в виде горизонта событий чёрной дыры или его можно получить где угодно? Чтобы ответить на эти вопросы учёные нового исследования проанализировали излучение Хокинга сквозь призму давно предсказанного процесса, именуемого эффектом Швингера, при котором материя теоретически может образовываться от мощных искажений, вызываемых электромагнитным полем.
Действительно, применив схему эффекта Швингера к теории Хокинга, физики-теоретики создали математическую модель, которая воспроизвела излучение Хокинга в пространствах, подверженных диапазону напряжённостей гравитационного поля. В соответствии с их новой теорией, горизонт событий не является необходимым для медленной утечки энергии от массивного объекта в виде света, вполне достаточно одного гравитационного поля объекта.
«Мы показали, что далеко за пределами чёрной дыры кривизна пространства-времени играет большую роль в создании излучения, — говорит в официальном заявлении соавтор исследования Вальтер ван Суджлеком (Walter van Suijlekom), профессор математики из университета Неймегена. — Частицы там [за пределами чёрной дыры] уже разделены приливными силами гравитационного поля».
Каково значение этой теории в действительности — неясно. Вероятно, с тем, как материя, из которой состоят звёзды, нейтронные звёзды и планеты состарится, она однажды перейдёт в абсолютно новое, сверхнизкое энергетическое состояние. Этого может быть достаточно, чтобы в итоге вся материя схлопнулась в чёрные дыры, которые продолжат медленно испускать свет, пока они не исчезнут без следа.
К сожалению (или к счастью, в зависимости от того насколько вы боитесь испариться), всё это пока только гипотеза, ожидающая подтверждения. Чтобы выяснить является ли это предположение о судьбе нашей Вселенной верным, физикам потребуется зафиксировать излучение Хокинга вблизи объектов с плотной гравитацией — чёрных дыр, планет, звёзд или нейтронных звёзд. Если всему суждено исчезнуть в виде вспышки холодного света, должно быть много мест для поиска.
Подготовка материала — Андрей Прокипчук, «XX2 ВЕК».
Источники: https://journals.aps.org/prl/abstract/10.1103/PhysRevLett.130.221502.
Друзья! Если вам нравится то, что мы делаем, вы очень поможете нам, подписавшись на канал «XX2 век». Также мы будем рады вашим лайкам и комментариям. Поддержите распространение научного знания и научного взгляда на мир!