Представьте абсолютного космического хищника. Объект, чья гравитация чудовищна. Даже свет, самый быстрый путешественник во Вселенной, не может вырваться из его объятий. Это чёрная дыра. Казалось бы, финал истории. Всё, что упало — исчезло навсегда.
Но в 1974 году молодой физик Стивен Хокинг совершил переворот. Он заявил: «Чёрные дыры не вечны. Они медленно испаряются, словно лужа после дождя». Коллеги-учёные были в шоке. Как можно «испарить» объект, который ничего не выпускает?
Ключ ко всему — квантовая магия «пустоты»
Чтобы это понять, надо забыть, что космический вакуум — это ничто. На квантовом уровне он кипит жизнью. Виртуальные частицы — парочки «частица-античастица» — постоянно рождаются из ничего и тут же аннигилируют, исчезают. Закон сохранения энергии? Он ненадолго «нарушается», и это разрешено квантовой механикой. Это как взять в долг у Вселенной, но вернуть мгновенно.
А теперь — самое важное. Представьте, что эта парочка рождается прямо у границы чёрной дыры, у горизонта событий — точки невозврата.
Обычный сценарий (далеко от дыры):
Частица(+) и античастица (-) встретились, «пожали руки» и исчезли. Долг возвращён. Ничего не произошло.
Хокинговский сценарий (у горизонта событий):
Парочка родилась на роковой границе.Одна частица (скажем, античастица) рождается чуть ближе к пропасти и падает внутрь. А её напарница (частица) остаётся снаружи и, не дождавшись «рукопожатия», улетает прочь.
Для внешнего наблюдателя чёрная дыра испустила частицу. Это и есть излучение Хокинга.
А что же с чёрной дырой? Она нарушает закон?
Здесь гениальность идеи. Частица, упавшая внутрь, имеет отрицательную энергию (с точки зрения удалённого наблюдателя). Падая, она не добавляет дыре массы, а вычитает её! Чёрная дыра теряет крошечную часть своей массы (эквивалентную энергии улетевшей частицы).
Чем меньше дыра, тем интенсивнее идёт это испарение. Воображаемая чёрная дыра массой с гору испарилась бы за время жизни нашей Вселенной. А гигантская, вроде той, что в центре нашей галактики, будет «жить» невообразимо долго.
Почему это изменило всё?
1. Связь трёх миров. Излучение Хокинга связало воедино три непримиримых столпа физики: теорию гравитации (общую теорию относительности), квантовую механику и термодинамику. Оказалось, у чёрной дыры есть температура и энтропия! Это как узнать, что у камня есть пульс.
2. У чёрных дыр может быть финал. Они не обязательно вечные монстры. Маленькие чёрные дыры (если они существуют) могут закончить жизнь мощным взрывом.
3. Информационный парадокс. Если дыра испарится полностью, куда денется информация о том, что в неё упало? Нарушается фундаментальный закон квантовой физики. Этот парадокс будоражит умы учёных до сих пор.
Хокинг показал, что даже в самом абсолютном и безжалостном объекте Вселенной есть тонкая трещина. Это не грубый взрыв, а тихое, почти незаметное квантовое свечение на её границе. Оно говорит нам, что в законах мироздания нет места абсолютной тьме и вечному плену. Даже чёрная дыра — часть сложной, динамичной и удивительной Вселенной, которая живёт по своим, пока не до конца понятным нам, правилам.