Не е толкова лесно да си представим, предвид цялото разнообразие от форми, които материята приема във Вселената, че от милиони години съществуват само неутрални атоми на водород и хелиев газ. И е също толкова трудно да си представим, че един ден, след четиригодишни години, всички звезди ще потъмнеят. Остават само останките на нашата все още живаща Вселена и … черни дупки. Но те няма да живеят вечно. Това повдига интересен въпрос. Какво се случва, когато черната дупка губи достатъчно енергия поради радиация на Хокинг, така че нейната енергийна плътност вече не може да поддържа сингулярност с хоризонта на събитията? Тоест, кога една черна дупка ще престане да бъде черна дупка поради радиация на Хокинг?
За да отговорите на този въпрос, е важно да разберете какво всъщност представлява черна дупка.
Черните дупки обикновено се образуват по време на срива на сърцевината на масивна звезда, когато отработеното ядрено гориво престава да синтезира по-тежки елементи. Тъй като синтезът се забавя и спира, радиационното налягане спада в сърцевината, което беше единственото нещо, което предпази звездата от гравитационен срив. Докато външните слоеве често преживяват ескалираща реакция на синтез, надувайки бившата звезда в свръхнова, ядрото първо се срива в неутронна звезда, но ако масата е твърде голяма, самите неутрони се сриват в още по-плътно състояние на черна дупка. Също така, черна дупка може да се образува, ако неутронна звезда набере достатъчно маса от придружителна звезда и прекрачи прага, необходим, за да се превърне в черна дупка.
От гледна точка на гравитацията, за да се превърнете в черна дупка, просто трябва да натрупате достатъчно маса в достатъчно малък обем пространство, от който дори светлината не може да избяга. Всяка маса, включително планетата Земя, има скорост на бягство: скоростта, която трябва да бъде развита, за да избяга напълно от гравитационното привличане на определено разстояние (например разстоянието от центъра на Земята до нейната повърхност) от центъра на масата. Но ако има достатъчно маса, за да може скоростта на бягство да бъде равна на скоростта на светлината, тогава нищо не може да преодолее тази бариера, защото нищо не може да надвишава скоростта на светлината.
Това разстояние от центъра на масата, където скоростта на бягство е равна на скоростта на светлината - нека го наречем R - определя размера на хоризонта на събитията на черната дупка. Но фактът, че материята съществува при такива условия, има и друго незабележимо последствие: тази материя трябва да се срине в една особеност. Може да се предположи, че трябва да има състояние на материята, което да е стабилно и да бъде в определен обем в хоризонта на събитията, но това е физически невъзможно.
За да упражнява външна сила, вътрешната частица трябва да изпрати частицата, която пренася силата, от центъра на масата до хоризонта на събитието. Но този носител на сила също е ограничен от скоростта на светлината и без значение къде се намирате в хоризонта на събитията, всички светлинни криви завършват в центъра. Още по-лошо е за бавните и масивни частици. След като оформите черна дупка с хоризонт на събитията, цялата материя вътре ще се срине в една особеност.
Промоционално видео:
И тъй като нищо не може да остави черна дупка, човек би си помислил, че черна дупка ще остане такава завинаги. И ако не за квантовата физика, тогава би било така. Но в квантовата физика има ненужно количество енергия, присъщо на самото пространство: квантов вакуум. В извито пространство квантовият вакуум придобива напълно различни свойства, отколкото в плосък и няма региони, чиято кривина би била по-голяма от близо до сингулярността на черна дупка. Комбинирайте тези два природни закона - квантовата физика и релативисткото пространство-време в близост до черна дупка - и получавате феномена на радиацията на Хокинг.
Изчисленията на квантовата теория на полето в извито пространство осигуряват невероятно решение: топлинното излъчване от черно тяло се излъчва в пространството около хоризонта на събитията на черна дупка. И колкото по-малък е хоризонтът на събитията, толкова по-голяма е кривината на пространството в близост до хоризонта на събитията и в същото време по-високата скорост на излъчване на Хокинг. Ако нашето Слънце беше черна дупка, температурата на радиацията на Хокинг щеше да бъде 62 нанокелвина; ако вземете черна дупка в центъра на нашата галактика, 4 000 000 пъти по-масивна от слънцето, температурата би била 15 фемтокелвина, или 0,000025% от температурата на излъчване на по-малкия обект.
Това означава, че колкото по-малка е черната дупка, толкова по-бързо тя се разпада, а най-големите живеят най-дълго. Черната дупка на слънчева маса ще продължи около 1067 години преди изпаряването, но черна дупка в центъра на нашата галактика ще живее 1020 пъти по-дълго. Интересно е, че до последната секунда от съществуването си черната дупка ще има хоризонт на събитията. След като се формира сингулярност - и докато остава хоризонтът на събитията - тя ще остане сингулярност, докато масата е нула.
Въпреки това, тази последна секунда от живота на черната дупка ще доведе до много специфичен и мощен прилив на енергия. Когато масата падне до 228 метрични тона, това е сигнал, че остава точно една секунда. Размерът на хоризонта на събитията по това време ще бъде 340 йоктометра, или 3,4 х 10-22: размерът на една дължина на вълната на фотона с енергия, по-голяма от енергията на всяка частица, която LHC е произвеждал. Тази последна секунда ще освободи 2.05 х 1022 джаула енергия, пет милиона мегатона еквивалент на TNT. Сякаш милион термоядрени бомби избухнаха в малко пространство; това е последният етап на изпаряването на черната дупка.
Какво е останало? Просто изходяща радиация. Ако по-рано е имало една особеност в пространството, в което масата, а също така, вероятно, зарядът и ъгловият импулс съществуват в безкрайно малък обем, вече няма. Пространството ще бъде възстановено в своето несингулярно състояние, сякаш нямаше нищо преди. Но когато това се случи, Вселената ще има време да върши всичките си дела трилиони пъти. Няма да останат повече звезди или други източници на светлина, когато първата черна дупка се изпари. И няма "праг", след който това трябва да се случи. Просто черната дупка трябва напълно да се изпари. И доколкото знаем, ще остане само радиацията.
С други думи, ако наблюдавате как последната черна дупка в нашата Вселена се изпарява, щяхте да видите само черна празнина на пространството без светлина или признаци на активност за 10 100 години или повече. Внезапно, мощно избухване на радиация с определен спектър и величина ще бъде последният път, когато наблюдаваната ни вселена се къпе в радиация. Изпаряването на последната черна дупка ще бъде последният път, когато Вселената казва: нека има светлина!
ИЛЯ КХЕЛ
