Математики: черные дыры все же могут испаряться, как считал Хокинг
Нидерландские ученые представили математическую модель, которая демонстрирует, что даже после исчезновения гравитационного воздействия в системе сохраняются материальные следы. Это открытие проливает новый свет на природу излучения Хокинга и ставит под сомнение роль горизонта событий как ключевого элемента в процессе испарения черных дыр. Исследование опубликовано в журнале Communications in Mathematical Physics.
Что будет, если отключить гравитацию?
Коллектив исследователей из Университета Рабода (Нидерланды) опубликовал работу, в которой представил строгое обоснование для сценария, ранее считавшегося теоретическим. Согласно классической теории Стивена Хокинга, черные дыры постепенно теряют массу за счет квантового испарения. Этот процесс возникает из-за спонтанного рождения пар «частица-античастица» вблизи границы, за которой свет уже не может преодолеть притяжение объекта. Когда одна из частиц проваливается внутрь, вторая получает шанс вырваться наружу, формируя поток излучения. В конечном счете, как предполагал Хокинг, это должно приводить к полному исчезновению черных дыр во Вселенной.
Однако недавнее исследование вносит в эту картину важные уточнения. Ранее та же команда продемонстрировала, что горизонт событий играет далеко не решающую роль в генерации подобного излучения. Новая работа переводит эти догадки в плоскость безупречной математической логики. Ученые поставили перед собой амбициозную цель: получить неоспоримое доказательство для ситуации, где существует лишь временной горизонт, а финальное состояние Вселенной тождественно ее изначальному облику.
Для достижения этой цели математик Вальтер ван Сейлеком предложил оригинальную космологическую абстракцию. В ее основе лежит мысленный эксперимент по попеременному включению и выключению гравитационного поля.
«Мы начинаем с вакуума, затем переходим к фазе интенсивного гравитационного воздействия, а после того, как мы "отключаем" это поле, в системе неожиданно обнаруживается остаточная материя», — пояснил математик.
Этот результат указывает на то, что само наличие гравитационного поля, даже временное, оставляет неизгладимый след в структуре пространства-времени.
Забытое уравнение из XIX века
Ключом к решению задачи стали методы, разработанные для описания совершенно иного явления — эффекта Швингера, при котором мощное электромагнитное поле порождает вещество из ничего. Однако для гравитации стандартную схему пришлось усложнить. Исследователи искали способ адаптировать швингеровскую логику под гравитационные взаимодействия, и ответ нашелся в неожиданном месте.
Во время рядового обсуждения за кофе один из коллег подсказал математикам уравнение, выведенное еще в XIX веке. Эта забытая формула, заложившая основы для необходимых вычислений, оказалась идеальным инструментом для моделирования. Когда ван Сейлеком воспроизвел решение на компьютере, расчеты подтвердились с поразительной точностью.
«В этом и заключается истинная красота математики, — отметил он. — С углублением в предмет подобные моменты озарения случаются все реже, и каждый такой случай становится настоящим праздником для исследователя».
Физик Михаэль Вондрак добавил, что обнаруженная связь между двумя фундаментальными теориями — швингеровским рождением частиц и хокинговским испарением — уже принесла множество неожиданных результатов, но текущая работа — лишь верхушка айсберга. Впереди ученых ждет еще более глубокое изучение на стыке астрономии, квантовой физики и высшей математики.
