Простір навколо чорних дір, особливо в бінарних системах, просто кипить від різного роду катастрофічних подій. Часто астрономи фіксують потужні гамма-сплески, що виникають у процесі падіння матерії в чорну діру. Але центральний об'єкт, сама чорна діра, здавалося непорушною. Вона могла тільки рости. І ніколи не зменшуватися. Вона здавалася вічною.
У своїй статті «Вибухи чорних дір?», опублікованій 1974 року в журналі «Nature», молодий Гокінг припустив, що квантові ефекти, зазвичай ігноровані при описі фізики чорних дір, можуть нести відповідальність за зменшення маси подібних об'єктів. І в міру зменшення маси чорної діри вплив цих квантових ефектів буде збільшуватися. Що призведе до ще швидшої втрати маси.
Так як же відбувається втрата маси чорної діри? Адже вище було сказано, що ніщо не може її покинути? Так, дійсно це так. Але все ж одне не суперечить іншому. Вся справа в квантовій фізиці. Яка передбачає існування так званих «віртуальних частинок». Що ж це за частинки такі? Давайте розберемося.
Віртуальні частинки: щось з нічого
На перший погляд вакуум космосу здається порожнім і неактивним. Але один з ключових постулатів квантової механіки - принцип невизначеності Гейзенберга, а також тонкощі квантової теорії поля ставлять під сумнів цю концепцію.
Якщо опустити складні для розуміння викладки і перейти відразу до фіналу, виходить наступна картина: у вакуумі постійно народжуються пари частинок матерії та антиматерії. Які миттєво самознищуються. Ці частинки і отримали назву «віртуальні частинки». Оскільки вони існують протягом дуже короткого періоду часу.
Отже, уявіть собі, що в якійсь умовній коробці раптом з'являється електрон з зарядом -0,511 МЕВ. Щоб закон збереження енергії не був порушений, в цій же коробці повинен з'явитися позитрон. І теж з зарядом 0,511 МЕВ.
Квантова теорія поля стверджує, що ці частинки з'являються в результаті обурення основних квантових полів, які існують у всьому Всесвіті. Таке обурення може бути викликано викривленням простору-часу. Яке, як припускає загальна теорія відносності, має бути найбільш помітним навколо об'єктів неймовірної маси. Таких, наприклад, як чорні діри. І Гокінг задумався - а що буде з віртуальними частинками, які виникли безпосередньо на горизонті подій чорної діри?
На межі
Хокінг представив чорну діру, оточену аурою віртуальних пар частинок і античастинок, які постійно формуються. Що ж станеться, якщо одна частинка з цієї віртуальної пари потрапить у горизонт подій чорної діри? Цей процес, принаймні, теоретично і з невеликою, але кінцевою ймовірністю, дозволить іншій частинці з пари уникнути знищення. І стати «реальною». Випромінювання Гокінга - це процес випромінювання таких частинок від межі горизонту подій чорної діри.
І оскільки ця частинка стає реальною, та, що впала в чорну діру, набуває негативної енергії. Так вимагає закон збереження енергії. І цей процес призводить до втрати маси чорної діри.
Ми поки не бачимо випромінювання Гокінга
До теперішнього моменту немає жодних доказів правильності теорії Гокінга щодо запропонованого ним виду випромінювання. Причиною цього є, головним чином той факт, що ті чорні діри, які нам відомі, характерні наявністю в їх околицях потужних аккреційних подій. Електромагнітні випромінювання від цих подій роблять їх найпотужнішими випромінюючими об'єктами у Всесвіті. І вони просто затьмарюють досить слабке на їх тлі випромінювання Гокінга. Ситуація може змінитися, коли вчені навчаться знаходити чорні діри, які не мають на своїх кордонах потужних явищ.
Є й інші питання, що стосуються випромінювання Гокінга, на які ще належить відповісти. Наприклад, чому в запропонованій моделі частинки матерії завжди випромінюються в космос, а частинки антивідництва поглинаються чорною дірою? Відповідь на це питання може також з часом дати відповідь на одну давню невирішену таємницю астрофізики - чому у Всесвіті існує очевидний дисбаланс між матерією та антиматерією?
