В научном мире есть идеи, которые звучат так элегантно, что к ним привыкаешь относиться как к данности. Излучение Хокинга — как раз из таких. Стивен Хокинг предположил, что чёрные дыры могут испаряться за счёт квантовых флуктуаций у горизонта событий. Концепция красивая, эффектная и отлично работающая в книгах и лекциях. Но если убрать ореол харизмы Хокинга и вглядеться в сам механизм, то становится ясно: вопросов в этой гипотезе не меньше, чем ответов.
Часть I. Сомнение — а что, если Хокинг ошибался?
Хокинг утверждает: у горизонта событий рождаются виртуальные пары частица–античастица. Одна из пары падает внутрь, вторая улетает — получается, чёрная дыра якобы «излучает» и теряет массу. Это красивая картинка — удобная, драматичная, идеальная для научпопа. Но давай зададимся простыми вопросами, от которых обычно у людей начинают дергаться брови.
Во-первых: кому вообще принадлежит пара в момент рождения? Эта пара появилась из вакуума — из флуктуации, которая не была «чьей-то». Какую такую собственность имеет чёрная дыра, чтобы заявлять: «я породил это, это моё излучение»? Нельзя ли сказать, что дыра лишь способствовала разрыву пары, а не породила её?
Во-вторых: сама механика выглядит подозрительно. Чтобы одна из частиц «выскочила» наружу, ей нужно как будто получить сверхъестественный толчок — превзойти локальную скорость убегания. Случайный квантовый импульс, который вдруг даёт такой прыжок — это почти как выиграть в лотерею с нулевым шансом. Может, мы просто соглашаемся на магию под вывеской «квантовая механика»?
В-третьих: где граница между тем, что принадлежит полю чёрной дыры, и тем, что является общими флуктуациями вакуума? Если виртуальная пара родилась в окрестности горизонта, почему мы должны записывать её в счёт Черной Дыры? Почему не считать это свойством вакуума как такового?
Короче: классическая картинка Хокинга — красива и стройна на бумаге, но при ближайшем рассмотрении она полна допущений. И где-то тут уместно спросить: не натянули ли мы сову на глобус, потому что это удобно и звучит круто?
Часть II. Копнём глубже — а что, если всё иначе?
Что если излучение действительно наблюдается, но природа этого явления другая, чем нам рассказывают в простом объяснении научпопа?
Итак, мы имеет флуктуации поля — они изначальны. Вакуум постоянно флуктуирует, рождает пары, рушит симметрии и т. д. Это не «дело чёрной дыры», это фон Вселенной. Но если такое событие случается у горизонта, поведение пар меняется: гравитационное поле чёрной дыры нарушает симметрию процесса. В результате часть возмущения оказывается «захваченной» за горизонтом, а вторая половина получает дополнительный импульс, связанный с этим асимметричным разрывом.
Именно тут рождается ключевая мысль: не нужно считать, что дыра «создала» частицу. Дыра — это не мать, дыра — это устройство перераспределения. Она совершила работу над полем: локальное искривление, градиенты и асимметрия дали свободную энергию внешней части пары. То есть внешняя частица не «вылетела сама по себе», а получила энергию в результате взаимодействия с полем дыры. Энергия, в данном случае, списывается с массы системы, и поэтому мы говорим об уменьшении массы чёрной дыры.
Проще: флуктуация была изначально, но в условиях горизонта она «декомпозируется» асимметрично — и внешняя часть уходит с дополнительным импульсом. Это уже не волшебство, а перераспределение энергии в рамках двух взаимодействующих систем: поле вакуума и поле дыры.
Это объяснение укладывается в принцип сохранения энергии и не требует чудесных «скоростей побега». Частица получает энергию не «случайно», а в результате работы поля — и эту работу можно в принципе сопоставить с уменьшением общей энергии чёрной дыры.
Так что да — Хокинг прав. Он дал нам мощную идею.