Выпраменьванне Хокінга

Эфект прадказаны тэарэтычна Стывенам Хокінгам ў 1974 годзе. Працы Хокінга папярэднічаў яго візіт у Маскву ў 1973 годзе, дзе ён сустракаўся з савецкімі навукоўцамі Якавам Зяльдовічам і Аляксеем Старабінскім. Яны прадэманстравалі Хокінгу, што ў адпаведнасці з прынцыпам нявызначанасці квантавай механікі чорныя дзіркі, якія верцяцца, павінны спараджаць і выпраменьваць часціцы.

Выпарэнне чорнай дзіркі — квантавы працэс. Справа ў тым, што паняцце аб чорнай дзірцы як аб’екце, які нічога не выпраменьвае, а можа толькі паглынаць матэрыю, справядлівае да таго часу, пакуль не ўлічваюцца квантавыя эфекты. У квантавай жа механіцы, дзякуючы тунэляванню, з’яўляецца магчымасць пераадольваць патэнцыяльныя бар’еры, непераадольныя для неквантавай сістэмы. Сцвярджэнне, што канчатковы стан чорнай дзіркі стацыянарны, дакладна толькі ў рамках звычайнай, не квантавай тэорыі прыцягнення. Квантавыя эфекты вядуць да таго, што насамрэч чорная дзірка павінна бесперапынна выпраменьваць, губляючы пры гэтым сваю энергію.

У выпадку чорнай дзіркі сітуацыя выглядае наступным чынам. У квантавай тэорыі поля фізічны вакуум напоўнены флуктуацыямі розных палёў, які пастаянна нараджаюцца і знікаюць (можна сказаць і «віртуальнымі часціцамі»). У поле знешніх сіл дынаміка гэтых флуктуацый мяняецца, і калі сілы дастаткова вялікія, прама з вакууму могуць нараджацца пары часціца-антычасціца. Такія працэсы адбываюцца і зблізку (але ўсё ж звонку) гарызонту падзей чорнай дзіркі. Пры гэтым магчымы выпадак, калі поўная энергія антычасціцы аказваецца адмоўнай, а поўная энергія часціцы — дадатнай. Падаючы ў чорную дзірку, антычасціца памяншае яе поўную энергію спакою, а значыць, і масу, у той час як часціца аказваецца здольнай паляцець у бесканечнасць. Для аддаленага назіральніка гэта выглядае як выпраменьванне чорнай дзіркі.

Важным з’яўляецца не толькі факт выпраменьвання, але і тое, што гэтае выпраменьванне мае цеплавы спектр (для безмасавых часціц). Гэта значыць, што выпраменьванню паблізу гарызонту падзей чорнай дзіркі можна супаставіць пэўную тэмпературу

${\displaystyle T_{BH}={\hbar \,c^{3} \over 8\pi k\,GM},}$ 

дзе ${\displaystyle \hbar }$  — пастаянная Планка, падзеленая на ${\displaystyle 2\pi }$ , c — скорасць святла ў вакууме, k — пастаянная Больцмана, G — гравітацыйная пастаянная, і, нарэшце, M — маса чорнай дзіркі. Пры гэтым не толькі спектр выпраменьвання (размеркаванне яго па частотах), але і больш тонкія яго характарыстыкі (напрыклад, усе карэляцыйныя функцыі) дакладна такія ж, як у выпраменьвання чорнага цела. Развіваючы тэорыю, можна пабудаваць і поўную тэрмадынаміку чорных дзірак.

Аднак такі падыход да чорнай дзіркі аказваецца ўнутрана супярэчлівым і прыводзіць да праблемы знікнення інфармацыі ў чорнай дзіры. Прычынай гэтага з’яўляецца адсутнасць паспяховай тэорыі квантавай гравітацыі. Існаванне выпраменьвання Хокінга прадказваецца не ўсімі квантавымі тэорыямі і аспрэчваецца шэрагам даследчыкаў.

Кропку ў спрэчцы аб існаванні эфекту павінны былі б паставіць назіранні, аднак тэмпературы вядомых астраномам чорных дзірак занадта малыя, каб выпраменьванне ад іх можна было б зафіксаваць — масы дзірак занадта вялікія. Таму да гэтага часу эфект не пацверджаны назіраннямі.

Згодна з АТА, пры утварэнні Сусвету маглі б нараджацца першасныя чорныя дзіркі, некаторыя з якіх (з пачатковай масай 10¹² кг) павінны былі б заканчваць выпарацца ў наш час. Так як інтэнсіўнасць выпарэння расце з памяншэннем памеру чорнай дзіркі, то апошнія стадыі павінны быць па сутнасці выбухам чорнай дзіркі. Пакуль такіх выбухаў зарэгістравана не было.

• Выпраменьванне Хокінга — галоўны аргумент навукоўцаў адносна распаду (выпарэння) невялікіх чорных дзюр, якія тэарэтычна могуць узнікнуць у ходзе эксперыментаў на ВАК.
• На гэтым эфекце заснавана ідэя сінгулярнага рэактара — прылады для атрымання энергіі з чорнай дзіркі за кошт выпраменьвання Хокінга.

• Эфект Унру