Випромінювання Гокінга: відмінності між версіями

[[Файл:BH LMC.png|thumb|upright=1.25|Симуляція вигляду чорної діри (в центрі) на тлі [[Велика Магелланова Хмара|Великої Магеланової Хмари]]. Зауважте ефект [[Гравітаційна лінза|ґравітаційного лінзування]], внаслідок якого виникають два видовжених і сильно викривлених зображення Хмари. Зверху зображення видно диск [[Чумацький шляхШлях|Чумацького шляху]], який видається вигнутим в дугу.]]

'''Випромінювання Гокінга''' (іноді також '''випромінювання Бекенштайна-Гокінга'''<ref name="about.com">{{ref-en}} {{cite web |url=http://physics.about.com/od/astronomy/f/hawkrad.htm |назва=What is Hawking Radiation? |прізвище1=Jones |ім'я1=Andrew Zimmerman |дата-доступу=24 квітня 2014}} {{ref-en}}</ref>)&nbsp;— гіпопетичне випромінювання [[Чорна діра|чорних дір]], яке проявляється як потік [[Фізика елементарних частинок|елементарних частинок]] (в основному фотонів і нейтрино<ref name="math.ucr.edu">{{ref-en}} {{cite web |url=http://math.ucr.edu/home/baez/physics/Relativity/BlackHoles/hawking.html |назва=Hawking Radiation |автор=John Baez |дата= |веб-сайт= |видавець= |дата-доступу=24 квітня 2014}} {{ref-en}}</ref><ref name="nature"/>) і є наслідком квантових [[Флуктуація (фізика)|флуктуацій]] у [[вакуум]]і поблизу [[Горизонт подій|горизонту подій]]<ref name="superstringtheory">{{ref-en}} {{cite web |url=http://superstringtheory.com/blackh/blackh3.html |назва=Hawking radiation questions |автор= |дата= |веб-сайт= |видавець= |дата-доступу=24 квітня 2014}} {{ref-en}}</ref><ref name="nature">{{ref-en}} {{cite web |url=http://www.nature.com/nature/journal/v248/n5443/abs/248030a0.html |назва=Black hole explosions? |автор=S. W. Hawking |дата= |веб-сайт= |видавець= |дата-доступу=24 квітня 2014}} {{ref-en}}</ref>.

З точки зору [[Загальна теорія відносності|загальної теорії відносності]] горизонт подій&nbsp;— «точка» неповернення, перетнувши яку, жодне фізичне тіло не може повернутись назад, оскільки для цього воно мало б розвинути швидкість, більшу за [[швидкість світла]]<ref name="universetoday.wrong">{{ref-en}} {{cite web |url=http://www.universetoday.com/108870/why-hawking-is-wrong-about-black-holes/ |назва=Why Hawking is Wrong About Black Holes |автор= Brian Koberlein |дата= |веб-сайт= |видавець= |дата-доступу=24 квітня 2014}} {{ref-en}}</ref>. Це мало б означати, що [[горизонт подій]] не випроміюнє також жодного [[Теплове випромінювання|теплового випромінювання]], а відтак, що [[чорна діра]] має температуру [[Абсолютний нуль|абсолютного нуля]], що суперечить законам [[Термодинаміка|термодинаміки]]. У 1972 році ізраїльський фізик Джейкоб Бекенштайн<ref>{{ref-en}} {{cite web |url=http://www.israelnationalnews.com/News/News.aspx/159585#.U1uH_3Bir_R |назва='40 Years of Black Hole Thermodynamics' in Jerusalem |автор=Hana Levi Julian |дата= |веб-сайт= |видавець= |дата-доступу=24 квітня 2014}} {{ref-en}}</ref> висловив припущення про те, що чорні діри повинні мати ненульову [[Температура|температуру]] та [[Ентропія|ентропію]] і своїми дослідженнями дав початок [[Термодинаміка чорних дір|термодинаміці чорних дір]]<ref name="about.com"/>. В 1973 році у Москві радянські вчені [[Зельдович Яків Борисович|Яків Зельдович]] та [[Старобінський Олексій Олександрович|Олексій Старобінський]] продемонстрували британському фізику [[Стівен Гокінг|Стівену Гокінгу]], який тоді перебував з візитом у Москві, що згідно з принципом невизначеності чорні діри, що обертаються, повинні породжувати та випромінювати частинки<ref name="WhiteGribbin">{{ref-en}} {{cite book

}}</ref><ref>{{ref-en}} </ref><ref>{{cite book

}}{{ref-en}}</ref>. У 1974 році Гокінг дав теоретичне обґрунтування випромінюванню часток чорними дірами, яке згодом стали називати його ім'ям<ref name="nature"/>. Вже до кінця 70-х років, після подальших досліджень і публікацій, ця концепція набула широкого сприйняття серед науковців<ref name="WhiteGribbin"/><ref>{{ref-en}} {{cite book

|ref = harv}} pp. 70-74</ref><ref> {{ref-en}} </ref><ref>{{cite book

}} pp. 42–43 {{ref-en}}</ref>.

Принцип невизначеності передбачає, що у вакуумі постійно відбувається процес народження та анігіляції пар елеменетарних частинок і [[античастинка|античастинок]], так званих [[Поляризація вакууму|віртуальних частинок]]. Згідно з [[Закон збереження енергії|принципом збереження енергії]], такі віртуальні частинки можуть існувати тільки дуже короткий час. Якщо припустити, що така пара виникає впритул до [[Горизонт подій|горизонту подій]] (або навіть по його різні боки), одна з частинок пари може бути притягнута [[ґравітація|ґравітацією]] чорної діри до того, як вона встигне [[Анігіляція|анігілювати]] і інша частинка пари залишиться зовні горизонту подій. Таким чином сторонньому спостерігачеві здаватиметься, що ця частинка була «випромінена» чорною дірою<ref name="about.com"/><ref name="superstringtheory"/>. Стівен Гокінг передбачив, що чорні діри мають випромінювати постійний потік таких частинок<ref name="newscientist">{{ref-en}} {{cite web |url=http://www.newscientist.com/article/dn19508-hawking-radiation-glimpsed-in-artificial-black-hole.html#.U1vFTXBir_Q |назва=Hawking radiation glimpsed in artificial black hole |автор=David Shiga |дата= |веб-сайт= |видавець= |дата-доступу=24 квітня 2014}} {{ref-en}}</ref>.

Поблизу горизонту подій вивільнена частинка знаходитиметься під дією сили тяжіння чорної діри, яка змушуватиме її рухатися з прискоренням. Відтак, згідно з [[Принцип еквівалентності|принципом еквівалентності]] і внаслідок [[Ефект Унру|ефекту Унру]], сторонній спостерігач зможе спостерігати випромінювання Гокінга як теплове випромінювання чорної діри. Таким чином, випромінюванню поблизу горизонту подій можна співставити певну температуру. Якщо для простоти взяти найпростіший випадок чорної діри без заряду і без обертання, т.зв. [[Шварцшильдова чорна діра|Шварцшильдову чорну діру]], то для неї значення температури випромінювання можна виразити формулою<ref name="casa">{{ref-en}} {{cite web |url=http://casa.colorado.edu/~ajsh/hawk.html |назва=Hawking Radiation |автор=Andrew Hamilton |дата= |веб-сайт= |видавець= |дата-доступу=24 квітня 2014}} {{ref-en}}</ref>

Згідно з тим же [[Закон збереження енергії|принципом збереженя енергії]], віртуальна пара не може бути роз'єднана, тільки як під впливом зовнішнього поля, за рахунок його енергії. У випадку випромінювання Гокінга, таким полем є [[гравітаційне поле|ґравітаційне поле]] чорної діри, а значить на роз'єднання пари віртуальних частинок чорна діра витрачає власну енергію, а отже і масу (оскільки енергія та маса пов'язані Ейнштейновою формулою [[Питання_еквівалентності_маси_та_енергії|E = mc²]])<ref name="about.com"/><ref name="universetoday">{{ref-en}} {{cite web |url=http://www.universetoday.com/40856/hawking-radiation/ |назва=Hawking Radiation |автор= Jean Tate |дата= |веб-сайт= |видавець= |дата-доступу=24 квітня 2014}}{{ref-en}}</ref>.

* Найпростіші моделі випаровування чорних дір приводять до парадоксу зникнення інформації в чорній дірі<ref name="msutoday">{{ref-en}} {{cite web |url=http://msutoday.msu.edu/news/2014/plugging-the-hole-in-hawkings-black-hole-theory-1/ |назва=Plugging the hole in Hawking’s black hole theory |автор= |дата= |веб-сайт= |видавець= |дата-доступу=24 квітня 2014}}{{ref-en}}</ref>. Він полягає в тому, що інформація та все, що потрапило до чорної діри, безповоротно втрачається, коли вона випаровується, оскільки в цих моделях випромінювання Хокінга є випадковим (не має ніякого відношення до вихідної інформації). Для цієї проблеми було запроновано цілий ряд рішень<ref name="msutoday"/><ref name="universetoday.wrong"/>.