Коллектив Авторов: Цифровой журнал «Компьютерра» № 35

- Расскажите, пожалуйста, об излучении Хокинга.

Излучение Хокинга — это очень интересное предсказание, еще говорят об испарении черных дыр, которое происходит за счет этого эффекта. Обычно это иллюстрируют таким образом. Вакуум — это не пустое пространство, у него есть энергия, в нем происходят различные интересные процессы, в нем рождаются пары частиц и античастиц, которые потом аннигилируют и исчезают. Такие недолго живущие частицы называются виртуальными. Свойства вакуума как непустой среды, где постоянно бурлят виртуальные частицы, — это наблюдаемый эффект. А если рождение виртуальных частиц начинает происходить близко от горизонта событий, то одна из частиц пары может исчезнуть под горизонтом, и тогда вторая не сможет с ней проаннигилировать. Получается, что из вакуума как бы рождается новая частица. На самом деле, откуда-то энергию надо брать. Предположим, у этого процесса есть наблюдатель. Издалека ему будет казаться, что от черной дыры к нему летят частицы. Мы знаем, что энергия сохраняется, значит, наблюдатель должен решить, что она возникает из черной дыры. А если черная дыра не заряжена и не вращается, у нее есть один-единственный источник энергии — ее масса. Значит, частицы должны рождаться за счет уменьшения массы черной дыры. Она как бы испаряется, как капля воды, молекулы потихонечку из нее улетают.

- А почему она не пополняется извне?

Конечно, в обычных условиях, она как раз пополняется. Представьте, что не было бы никакого излучения Хокинга. Берем черную дыру, помещаем её в реальное межзвездное пространство, межзвездный газ на нее падает, масса черной дыры растет. Так и должно происходить. Плюс всё-таки есть процесс излучения частиц, который существует просто в силу природы черной дыры. Так вот, важно, что именно в конкретной ситуации превалирует. Если речь идет о черной дыре, которая образовалась из массивной звезды, то оказывается, что излучение Хокинга для неё очень слабо, и её масса растет за счет того, что в чёрную дыру попадает межзвездный газ или ещё что-то. Но чем меньше черная дыра, тем важнее излучение Хокинга относительно захвата частиц. Это можно объяснить так: чем меньше черная дыра (пусть она будет сферическая), тем меньше радиус, тем больше кривизна поверхности. Люди жили тысячи лет на Земле, и не знали, что она круглая, потому что ее размер достаточно большой. Нам кажется, что Земля плоская, а если бы ее радиус был не 6 400 км, а 640 км, люди бы всегда знали, что она круглая, потому что, передвигаясь, убедились бы в этом. Так вот, чем меньше радиус, тем больше кривизна, и именно этот параметр важен для излучения Хокинга. Поэтому маленькие черные дыры испарялись бы очень быстро, но где взять маленькие черные дыры? Сейчас они в природе естественным образом не должны возникать. Из звезд сделать маленькие черные дыры нельзя, астероиды никогда не схлопываются, а чтобы на наших глазах черная дыра испарилась, нужна ее начальная масса, как у астероида.

Есть модели, в которых предсказывается, что на самых ранних этапах жизни Вселенной образовывались маленькие черные дыры, и если это так, сейчас они должны активно испаряться из-за излучения Хокинга. Ученые пытаются найти его, это должно быть гамма-излучение. Пока есть только верхние пределы, хорошие кандидаты в первичные черные дыры, которые сейчас испарялись бы, не найдены. Если они будут обнаружены, это станет самым прямым доказательством, что мы имеем дело именно с черными дырами.

- Как черные дыры были обнаружены? Как их наблюдают?

С одной стороны, о черной дыре можно говорить как о физическом объекте, который обладает определенными внутренними свойствами, с другой стороны, можно рассматривать черную дыру как астрономический объект. Астрономия — наука необычная, это единственная естественная наука, где мы не можем прямо экспериментировать, а можем только наблюдать издалека. Поэтому для астрофизика черная дыра — это объект, который выглядит как черная дыра, что, в общем-то, не одно и то же, ведь могут быть настоящие дорогие швейцарские часы, а может быть их дешевая имитация. Так и астрофизикам бывает трудно отличить одно от другого. Поэтому когда ученые говорят о черных дырах, они имеют в виду массивные компактные объекты, которые демонстрируют определенные наблюдательные свойства, например, видимое отсутствие поверхности и малое излучение. Сейчас самая надежная черная дыра — это та, которая находится в центре нашей галактики.