Филип Плейт - Смерть с небес. Наука о конце света

Очевидно, такую черную дыру было бы еще сложней обнаружить, чем обычную. Поэтому, возможно, их никогда и не видели (хотя, честно говоря, их может и вовсе не существует; это по-прежнему только теория). Даже если бы они поглощали материю, поток, идущий к черной мини-дыре, был бы настолько мал, что они были бы невидимы даже с относительно небольших расстояний.

Но у черных мини-дыр есть секрет. Вам может показаться, что черные дыры постоянно растут, бесконечно пожирая материю и энергию, все больше увеличиваясь в размерах. Но оказывается, что черные дыры, возможно, не вечны. Они могут испаряться.

В 1970-х гг. ученый Стивен Хокинг выдвинул одну идею. Она выглядела довольно безумной, но, когда вы имеете дело с черными дырами, идеи очень быстро переходят в категорию «безумных». Применив законы квантовой механики и термодинамики к черным дырам, Хокинг пришел к мысли, что в некотором смысле у черных дыр есть температура. Они на самом деле могут излучать энергию, совершенно как нормальная материя. Та энергия должна откуда-то возникать, и он предположил, что она возникает из самой массы черной дыры.

Вот как это происходит. В квантовой механике правила, по которым играет Вселенная, становятся по-настоящему причудливыми. Энергия и масса взаимозаменяемы, причем энергия легко может конвертироваться в массу и наоборот [56] Мы уже сталкивались с этим — именно так звезды получают энергию путем синтеза, согласно уравнению E = mc 2 . . Но другой странный факт заключается в том, что само пространство может изрыгать небольшие количества энергии ниоткуда, из ничего , если хотите. Более того, ткань пространства кишит энергией, которая может вырваться в реальный мир.

Может показаться, что это нарушает одно из самых базовых свойств Вселенной: вы не можете создать или уничтожить энергию или материю. Обычно это так и есть. Но эта энергия, возникшая из ничего, может существовать только очень короткое время, пока уходит обратно в ничто, откуда появилась, очень быстро.

Это как брать кредит в банке. В конце концов вам приходится его возвращать. И чем больше вы занимаете, тем лучше побыстрее вам его вернуть.

Если Вселенная решает извергнуть чуточку энергии, ничего страшного, при условии, что она быстро возвращается в ткань пространства. Если это происходит достаточно быстро, все законы природы сохраняются.

Но, если это происходит около горизонта событий черной дыры, ситуация становится щекотливой. Силы тяготения черной дыры могут фрагментировать этот пучок энергии, создавая материю. В большой Вселенной такое происходит постоянно: гамма-лучи — вид энергии (излучение) — могут преобразоваться в материю, если столкнутся друг с другом или будут взаимодействовать с материей. Так как во всем должен сохраняться баланс, создаются две частицы: одна — нормальной материи, например старый добрый электрон, а вторая — антиматерии. Антиматерия — это в точности как материя, но с противоположным зарядом, поэтому антиэлектрон (называемый позитроном ) имеет положительный заряд. Это уравновешивает отрицательный заряд электрона, и в космических бухгалтерских книгах сохраняется баланс.

Но, если такое происходит на самой границе горизонта событий, может получиться так, что одна частица провалится, а вторая останется на свободе. Она может улететь, и далекому наблюдателю покажется, будто бы черная дыра испустила частицу. Этот баланс масс (или, что то же самое, энергии) нужно восстановить, и это происходит за счет массы черной дыры. По сути, черная дыра потеряла крошечное количество массы [57] Вы можете подумать, что частица, которая провалилась, уравновешивает массу частицы, которая убежала, поэтому в итоге чистая масса черной дыры сохранилась. Однако, согласно законам тяготения (а какими причудливыми они становятся внутри черной дыры!), под горизонтом событий частица может фактически иметь отрицательную энергию — по сути, черная дыра держится за нее так крепко, что суммарная энергия частицы будет меньше нуля. Это компенсирует положительную энергию частицы снаружи черной дыры, и все остается сбалансированным, кроме энергии, затраченной на разделение частиц. Помните, что я раньше говорил про здравый смысл? .

Можно представить это и по-другому, используя приливную силу. Около горизонта событий черной дыры появляются частицы — хоп! Приливная сила от черной дыры растаскивает две частицы в разные стороны. Одна проваливается, вторая вырывается. Для разделения частиц требуется энергия, которую нужно откуда-то взять. Она берется из самой черной дыры — помните, энергия и масса эквивалентны, поэтому, когда такое происходит, черная дыра теряет крошечный кусочек материи.