Всесвіт приречений. Голландські вчені запропонували інтерпретацію відомої теорії чорних дір Стівена Гокінга, що лякає

Нове прочитання теорії чорних дір Стівена Гокінга

Група фізиків з голландського університету Радбоуда Утрехтського в Неймегені вважає, що теорія Стівена Гокінга 1974 року про чорні діри потребує перегляду.

І це буде зловісний перегляд, адже вчені дійшли висновку, що зрештою всі об'єкти Всесвіту, які мають хоч якусь масу, можуть зникнути.

«Об'єкти без горизонту подій [гравітаційна точка неповернення, за якою ніщо, навіть світло, не може залишити чорну діру], як-от залишки мертвих зірок та інші великі об'єкти у Всесвіті, також володіють подібним випромінюванням», — пояснює провідний автор роботи Хайно Фальке, професор астрофізики з Університету Радбоуда в Нідерландах.

За його словами, в кінцевому підсумку це означає, що вся матерія Всесвіту випарується подібно до чорних дір.

«Це змінює не тільки наше розуміння випромінювання Гокінга, а й наш погляд на Всесвіт та його майбутнє», — констатує Фальке.

Результати дослідження опубліковано в журналі Physical Review Letters.

Випаровування матерії у Всесвіті

Згідно з квантовою теорією поля, не існує такого поняття, як порожній вакуум. Натомість простір кишить крихітними вібраціями, які за наявності достатньої енергії випадковим чином розпадаються на віртуальні частинки, створюючи «пакети» світла з дуже низькою енергією, відомі як фотони.

У своїй знаменній статті, опублікованій 1974 року, Гокінг передбачив, що екстремальна гравітаційна сила, яку відчувають у «гирлах» чорних дір — їхніх горизонтах подій, — ініціюватиме виникнення фотонів саме в такий спосіб.

Гравітація, згідно із загальною теорією відносності Ейнштейна, спотворює простір-час, тож квантові поля стають тим більш деформованими, чим ближче вони до величезного гравітаційного тяжіння сингулярності чорної діри.

Через невизначеність і дивацтва квантової механіки, на думку Гокінга, це викривлення створює нерівномірні вогнища часу, який рухається по-різному, і подальші сплески енергії в полі.

Ці невідповідності енергії змушують фотони з’являтися у викривленому просторі навколо чорних дір, витягаючи енергію з поля чорної діри.

Припущення про те, що частинки потім залишають чорну діру, привело Гокінга до висновку про те, що протягом величезного періоду часу, набагато більшого за нинішній вік Всесвіту, чорні діри зрештою втратять усю свою енергію і повністю зникнуть.

Але якщо гравітаційне поле — це все, що потрібно для виникнення квантових флуктуацій і фотонів, що заважає будь-якому об'єкту з масою, що викривляє простір-час, створювати випромінювання Гокінга?

Чи потребує випромінювання Гокінга особливих умов горизонту подій чорної діри, чи воно може виникати в будь-якій точці простору?

Щоб відповісти на ці запитання, автори нового дослідження проаналізували випромінювання Гокінга через призму давно передбаченого процесу, який називається ефектом Швінгера, в якому матерію теоретично може бути створено з потужних спотворень, спричинених електромагнітним полем.

Несподівані висновки про природу випромінювання Гокінга

Застосувавши основи ефекту Швінгера до теорії Гокінга, вчені створили математичну модель, яка відтворює випромінювання Гокінга в просторах, які відчувають різні напруженості гравітаційного поля.

Згідно з цією новою інтерпретацією, горизонт подій не потрібен для того, щоб енергія повільно витікала з масивного об'єкта у вигляді світла. Для цього достатньо гравітаційного поля об'єкта.

«Ми показуємо, що далеко за межами чорної діри кривизна простору-часу відіграє велику роль у створенні випромінювання», — каже другий автор роботи Вальтер ван Сюйлеком, професор математики в Університеті Радбоуда.

Що означає теорія дослідників у реальності, поки неясно.

Можливо, у міру старіння матерії, з якої складаються зірки, нейтронні зірки і планети, вона врешті-решт зазнає енергетичного переходу в абсолютно новий стан з вельми незначною віддачею енергії.

Цього може бути достатньо, щоб у кінцевому підсумку вся матерія сколапсувала в чорні діри, з яких продовжуватиме повільно крапати світло, поки вони теж не зникнуть без сліду.

На жаль (або на щастя, залежно від ваших побоювань з приводу випаровування), все це лише припущення, які очікують підтвердження.

Щоб з’ясувати, чи є це вірним прогнозом кінцевої долі нашого Всесвіту, фізикам необхідно виявити випромінювання Гокінга навколо гравітаційно щільних об'єктів — як навколо чорних дір, так і навколо планет, зірок або нейтронних зірок.

Раніше NV Техно писав про «полювання» за випромінюванням Гокінга — спроби вчених підтвердити або спростувати гіпотезу великого вченого про випаровування чорних дір.

У 2019 році обсерваторії LIGO у США та Virgo в Італії, які займаються виявленням гравітаційних хвиль — брижів у просторі-часі, що виникають унаслідок найпотужніших космічних подій — зафіксували сигнал GW190521.

Це було зіткнення двох чорних дір, маса яких у 66 і 85 разів перевищувала масу Сонця.

Унаслідок цього жахливого катаклізму з’явилася нова чорна діра — тепер уже масою в 142 Сонця.

Гокінг передбачив, що чорні діри можуть не тільки затягувати навколишню матерію, а й поступово випромінювати свою — просто ми не можемо її виявити через занадто малі розміри. На квантовому рівні вплив гравітації не має жодного значення, а отже, елементарні частинки, що існують біля горизонту подій, можуть не тільки впасти в чорну діру, а й відлетіти геть від неї, під дією гравітаційних хвиль, що їх розганяють.

Так ось, дослідники стверджують, що зуміли виявити випромінювання Гокінга, проаналізувавши сигнал GW190521.

Вони використовували два підходи, щоб провести аналіз даних: перший звертався виключно до загальної теорії відносності; другий включав у себе появу випромінювання Гокінга.

Проаналізувавши результати, вчені дійшли висновку, що друга модель реалістичніша в сім разів.