Вселенная обречена. Голландские ученые предложили пугающую интерпретацию знаменитой теории черных дыр Стивена Хокинга

Новое прочтение теории черных дыр Стивена Хокинга

Группа физиков из голландского университета Радбоуда Утрехтского в Неймегене считает, что теория Стивена Хокинга 1974 года о черных дырах нуждается в пересмотре.

И это будет зловещий пересмотр, ведь ученые пришли к выводу, что в конечном итоге все объекты Вселенной, обладающие хоть какой-то массой, могут итоге исчезнуть.

«Объекты без горизонта событий [гравитационная точка невозврата, за которой ничто, даже свет, не может покинуть черную дыру], такие как остатки мертвых звезд и другие крупные объекты во Вселенной, также обладают подобным излучением», — поясняет ведущий автор работы Хайно Фальке, профессор астрофизики из Университета Радбоуда в Нидерландах.

По его словам, в конечном итоге это означает, что вся материя Вселенной испарится подобно черным дырам.

«Это меняет не только наше понимание излучения Хокинга, но и наш взгляд на Вселенную и ее будущее», — констатирует Фальке.

Результаты исследования опубликованы в журнале Physical Review Letters.

Испарение материи во Вселенной

Согласно квантовой теории поля, не существует такого понятия, как пустой вакуум. Вместо этого пространство кишит крошечными вибрациями, которые при наличии достаточной энергии случайным образом распадаются на виртуальные частицы, создавая «пакеты» света с очень низкой энергией известные как фотоны.

В своей знаменательной статье, опубликованной в 1974 году, Хокинг предсказал, что экстремальная гравитационная сила, ощущаемая в «устьях» черных дыр — их горизонтах событий — будет инициировать возникновение фотонов именно таким образом.

Гравитация, согласно общей теории относительности Эйнштейна, искажает пространство-время, поэтому квантовые поля становятся тем более деформированными, чем ближе они к огромному гравитационному притяжению сингулярности черной дыры.

Из-за неопределенности и странности квантовой механики, по мнению Хокинга, это искривление создает неравномерные очаги по-разному движущегося времени и последующие всплески энергии в поле.

Эти несоответствия энергии заставляют фотоны появляться в искривленном пространстве вокруг черных дыр, вытягивая энергию из поля черной дыры.

Предположение о том, что частицы затем покидают черную дыру, привело Хокинга к выводу о том, что в течение огромного периода времени, намного превышающего нынешний возраст Вселенной, черные дыры в конечном итоге потеряют всю свою энергию и полностью исчезнут.

Но если гравитационное поле — это все, что нужно для возникновения квантовых флуктуаций и фотонов, что мешает любому объекту с массой, искривляющей пространство-время, создавать излучение Хокинга?

Нуждается ли излучение Хокинга в особых условиях горизонта событий черной дыры, или оно может возникать в любой точке пространства?

Чтобы ответить на эти вопросы, авторы нового исследования проанализировали излучение Хокинга через призму давно предсказанного процесса, называемого эффектом Швингера, в котором материя теоретически может быть создана из мощных искажений, вызванных электромагнитным полем.

Неожиданные выводы о природе излучения Хокинга

Применив основы эффекта Швингера к теории Хокинга, ученые создали математическую модель, которая воспроизводит излучение Хокинга в пространствах, испытывающих различные напряженности гравитационного поля.

Согласно этой новой интерпретации, горизонт событий не нужен для того, чтобы энергия медленно утекала из массивного объекта в виде света. Для этого достаточно гравитационного поля объекта.

«Мы показываем, что далеко за пределами черной дыры кривизна пространства-времени играет большую роль в создании излучения», — говорит второй автор работы Вальтер ван Сюйлеком, профессор математики в Университете Радбоуда.

Что означает теория исследователей в реальности, пока неясно.

Возможно, по мере старения материи, из которой состоят звезды, нейтронные звезды и планеты, она в конце концов претерпит энергетический переход в совершенно новое состояние с весьма незначительной отдачей энергии.

Этого может быть достаточно, чтобы в конечном итоге вся материя сколлапсировала в черные дыры, из которых будет продолжать медленно капать свет, пока они тоже не исчезнут без следа.

К сожалению (или к счастью, в зависимости от ваших опасений по поводу испарения), все это лишь предположения, ожидающие подтверждения.

Чтобы выяснить, является ли это верным предсказанием конечной судьбы нашей Вселенной, физикам необходимо обнаружить излучение Хокинга вокруг гравитационно плотных объектов — как вокруг черных дыр, так и вокруг планет, звезд или нейтронных звезд.

Раннее NV Техно писал об «охоте» за излучением Хокинга — попытках ученых подтвердить или опровергнуть гипотезу великого ученого об испарении черных дыр.

В 2019 году обсерватории LIGO в США и Virgo в Италии, которые занимаются обнаружением гравитационных волн — ряби в пространстве-времени, которые возникают вследствие мощнейших космических событий — зафиксировали сигнал GW190521.

Это было столкновение двух черных дыр масса которых в 66 и 85 раз превышала массу Солнца.

В результате этого чудовищного катаклизма появилась новая черная дыра — теперь уже массой в 142 Солнца.

Хокинг предсказал, что черные дыры могут не только затягивать окружающую материю, но и постепенно излучать свою — просто мы не можем ее обнаружить из-за слишком малых размеров. На квантовом уровне влияние гравитации не имеет никакого значения, а значит, элементарные частицы, которые существуют возле горизонта событий, могут не только упасть в черную дыру, но и улететь прочь от нее, разгоняемые гравитационными волнами.

Так вот, исследователи утверждают, что сумели обнаружить излучение Хокинга, проанализировав сигнал GW190521.

Они использовали два подхода, чтобы провести анализ данных: первый обращался исключительно к общей теории относительности; второй включал в себя появление излучения Хокинга.

Проанализировав результаты, ученые пришли к выводу, что вторая модель реалистичнее в семь раз.