Сингулярности Хокина.
Считается, что черные дыры поглощают все, что попадает в зону их действия, включая свет, и ничто никогда не может покинуть черную дыру. Стивен Хокин, профессор Кэмбриджского Университета обратил внимание на существенный нюанс - размер черных дыр. Теоретические исследования Хокина привели к удивительному заключению: черные дыры могут испаряться.
Это, безусловно, долгий процесс, но он неизбежен. Если у Вселенной будет достаточно времени, в конце концов, все эти экзотические объекты исчезнут. Это заключение является одним из наиболее известных тезисов знаменитого британского ученого.
Сфера деятельности Стивена Хокина – квантовая космология. Это наука, в рамках которой физики пытаются совместить квантовую механику, описывающую частицы и законы их движения, с общей теорией относительности Эйнштейна. Также Хокина можно назвать специалистом «гравитационных сингулярностей». Этим термином определяются точки Вселенной, рядом с которыми плотность массы и, следовательно, определенные величины гравитационного поля стремятся к бесконечности. Законы физики здесь больше не действуют.
Тема выступления Стивена Хокина в Женеве – наиболее известная его «сингулярность», из которой произошла наша Вселенная, «Большой Взрыв», мгновение, когда, по словам многих физиков, родилось время и пространство.
Непреодолимые силы.
Гораздо более скромные по размерам, но не менее внушительные черные дыры появляются, как правило, в результате разрушения сердцевины очень больших звезд, во время взрыва сверхновых. Для того чтобы появилась сингулярность, нужно, чтобы следы распада не только имели достаточную массу, но и были сконцентрированы в области, радиус которой меньше критического (радиуса Шварцшильда).
В этих условиях гравитационная сила превышает силы давления, которые борются с коллапсом. Но вот сопротивление преодолено, масса обрушивается сама на себя, концентрируется и превращается в ограниченный участок, где физические параметры становятся бесконечными величинами.
Потеря навсегда.
Радиус Шварцшильда, которым определяется размеры черной дыры, в дальнейшем начинает расти по мере того, как в эту космическую ловушку попадают материя и свет. Любое взаимодействие с внутренней и внешней стороны этой границы, называемой «горизонтом событий», неизбежно пресекается. Все, что проникает внутрь, включая свет, навсегда потеряно для остальной Вселенной. На этой стадии наблюдатель, находящийся снаружи черной дыры, может ее охарактеризовать только тремя параметрами: массой, электрическим зарядом и моментом импульса (вращения).
Тогда в дело вступает Стивен Хокин, с его работами на тему квантовых воздействий на подступах к «гравитационным сингулярностям». Вопреки всему, черные дыры, согласно его расчетам могут высвобождать частицы и даже взрываться, фонтанируя энергией. Во всяком случае, именно об этом он написал в статье Black hole exlposions, в журнале Nature от 1 марта 1974.
Этот вывод базируется, кроме всего прочего, на фундаментальном принципе квантовой механики: принципе неопределенностей Гейзенберга. В этом принципе прямо говорится о том, что одновременно нельзя знать в точности величину задействованной во время квантового процесса энергии и продолжительность этого процесса. Чем точнее мы определяем один параметр, тем более неопределенным становится второй. Речь идет не о технологических сложностях измерения этих величин, а об особенностях их природы, доказанных многочисленными экспериментами.
Виртуальные частицы.
Принцип неопределенности имеет странные последствия, во всяком случае, на микро уровне. Он позволяет в течение очень короткого промежутка времени появиться из небытия виртуальной частице, и, просуществовав в течение короткого отрезка времени, просто испариться. Как будто она взяла взаймы немного энергии в банке природы и потом вернула долг. Таким образом, в вакууме непрерывно создаются мириады виртуальных частиц – продолжительностью существования порядка 10-22 секунды,- что в миллион раз меньше, чем самое короткое событие, измеренное когда-либо человеком.
В том случае, если одна частица имеет электрический заряд, она неизбежно сопровождается античастицей (во всем идентичной, кроме заряда с противоположным знаком), чтобы сохранить принцип электронейтральности, который не терпит никаких исключений.
Если предположить, что подобный феномен может произойти рядом с внешней границей черной дыры, можно представить, как одна из двух виртуальных частиц пересечет границу Шварцшильда – и будет поглощена навсегда – тогда как другой удастся этого избежать. Сбежавшая частица (допустим, что это виртуальный электрон) после некоторого блуждания встретит виртуальный антиэлектрон, который остался одиноким при таких же обстоятельствах. Вместе они образуют фотон, то есть частицу света, в этот раз настоящего, который рассеивается в пространстве, вдалеке от сингулярности.
Мини-черные дыры.
Впрочем, как замечает Стивен Хокин, в первые же мгновения существования Вселенной появились мини-черные дыры. С начальной массой менее миллиарда тонн, эти черные дыры к настоящему времени полностью или почти полностью испарились, оставив нам все же шанс понаблюдать за ними. Следует помнить, что процесс испарения черных дыр, описанный британским ученым, набирает обороты по мере того, как масса черной дыры уменьшается. В результате, в течение последней одной десятой секунды своей жизни черная дыра буквально взрывается, высвобождая энергию, равную энергии взрыва миллиона водородных бомб, каждая весом в миллион тонн. Что, согласно астрономическим стандартам, очень мало, и практически невозможно увидеть с Земли.
В то время, когда Хокин опубликовал свою статью, не было ни одного доказательства, указывающего на существование черных дыр. Тогда черные дыры существовали только в расчетах физиков и в их воображении.
На сегодняшний день наблюдения, сделанные при помощи современных телескопов, позволили практически определенно заявить о существовании черных дыр. Ближайшая из них находится, как предсказывал Стивен Хокин в 70-х годах, в центре нашей Галактики, в 26 000 световых лет от Земли. Речь идет о супермассивной черной дыре, масса которой в 4 млн раз больше массы Солнца и диаметром не более 11 млн километров.
