Чорні діри зникають: як цей процес відбувається і чому це викликає занепокоєння у фізиків.

У 1974 році Стівен Гокінг висловив припущення, що чорні діри можуть втрачати масу. Це відкриття стало основою для формування інформаційного парадоксу, пов'язаного з чорними дірами.

Знаменитий учений Стівен Гокінг за допомогою принципів квантової фізики припустив, що, хоча ніщо не може покинути горизонт подій чорної діри, ці об'єкти насправді можуть впускати частинки. Тому протягом тривалого часу чорні діри стискаються, випаровуються, можливо навіть вибухають, і зрештою зникають. Твердження Гокінга призвело до півстолітніх суперечок серед фізиків. Адже теорія про те, що чорні діри випаровуються, ставить у протиріччя два фундаментальні принципи фізики: загальну теорію відносності та квантову механіку, пише Live Science.

У Фокус. Технології запустили власний Telegram-канал! Підписуйтеся, щоб бути в курсі найактуальніших та найцікавіших новин з галузі науки!

Фізики досі сперечаються про те, яким чином може відбуватися випаровування чорної діри, що призводить до її зникнення. Але за останні кілька десятиліть з'явилися потенційні пояснення цього процесу, які кидають виклик головним законам Всесвіту. За словами Деніела Харлоу з Массачусетського технологічного інституту, США, тепер фізики набагато краще розуміють процес випаровування чорних дір, ніж 50 років тому. Хоча ще залишаються деякі загадки, адже досі ніхто напряму не бачив цього процесу.

Альберт Ейнштейн передбачив існування чорних дір у 1915 році за допомогою своєї загальної теорії відносності, яка пояснює, як гравітація є властивістю кривизни простору-часу. Згідно з теорією відносності, чорні діри являють собою дуже щільні об'єкти з дуже великою масою. Вони мають настільки сильну гравітацію, що навіть світло, яке подолало горизонт подій чорної діри, не може вийти назад. Усе, що потрапляє в чорну діру, виявляється стиснутим в області сингулярності, де порушуються відомі нам закони фізики.

Стівен Гокінг висловив припущення, що не всі частинки, які опиняються поблизу чорної діри, обов'язково поглинаються нею. У світі квантової механіки звичайні частинки та їх античастинки здатні з'являтися та зникати. Під час їхнього зіткнення відбувається взаємне знищення. Однак Гокінг вважав, що коливання полів на горизонті подій чорної діри можуть призводити до ситуації, коли не завжди відбувається знищення цих частинок. Одна з частинок з пари може потрапити в чорну діру, а інша — вирватися на свободу. Внаслідок цього, ці частинки вивільняються у вигляді випромінювання, яке тепер відоме як випромінювання Гокінга. В міру того, як у космос вивільняється все більше частинок, чорні діри починають втрачати свою енергію та масу, в результаті чого, за думкою Гокінга, вони врешті-решт зникають.

Процес зникнення чорної діри є вкрай повільним явищем. Наприклад, чорна діра, що має масу Сонця, може повністю випаруватися лише за 10 у 67 ступені років, що перевищує нинішній вік Всесвіту, який становить приблизно 13,8 мільярдів років. Як зазначалося раніше, фізики поки не спостерігали безпосередніх доказів існування випромінювання Гокінга, тому дослідження в цій області тривають.

Наявність процесу випаровування чорної діри призвела до появи інформаційного парадоксу чорних дір або парадоксу Гокінга. Якщо чорні діри випаровуються і зникають, то частинки, які вони залишають після себе, не мають інформації про вихідний стан матерії. А це порушує основну концепцію фізики, згідно з якою система в один момент часу має визначати або відображати свій стан в інший момент часу.

Фізики продовжують шукати рішення інформаційного парадокса чорних дір. Як зазначив Харлоу, будь-яке можливе вирішення цього парадокса вимагає відмови від кількох ключових принципів фізики.

Деякі вчені зосереджуються на вивченні термодинамічних законів та досліджують, як ентропія може впливати на квантову інформацію, прагнучи розв'язати парадокс Гокінга. Інші, в свою чергу, аналізують концепцію локальності, що стосується того, що об'єкти взаємодіють лише з безпосереднім оточенням. Дослідники вважають, що інформаційний парадокс чорних дір може бути подолано через квантову нелокальність, яка передбачає, що частинки, що знаходяться всередині чорних дір, мають спільний квантовий стан з частинками, що знаходяться поза межами чорної діри. Останні дослідження на цю тему вже були детально описані у виданні Фокус.

Фокус також висвітлював труднощі, з якими зустрічаються вчені-фізики при спробах розв'язати інформаційний парадокс чорних дір.

Ще Фокус писав про те, що в США побудують першу в світі термоядерну електростанцію. Термоядерна енергія є чистою і практично безмежною, і якщо все піде за планом, то промислове виробництво цієї енергії буде запущено в найближчому майбутньому.