Читать «Стивен Хокинг» онлайн - страница 47

ЧЕРНАЯ ДЫРА ИЗЛУЧАЕТ ТЕПЛО? Совпадение между законом энтропии и площа-

дью горизонта событий навело молодого физика Излучение Хокинга 103

Якоба Бекенштейна из Принстонского универси-тета на смелую идею о том, что площадь горизонта событий следует рассматривать как меру энтропии черной дыры: она должна увеличиться, если в чер-

ную дыру попадает обладающая энтропией, т. е. не-упорядоченная, материя. Логика Бекенштейна на первый взгляд могла показаться подкупающей, но Хокинг сразу же услышал со всех сторон звон тре-вожных колокольчиков. Выводы Бекенштейна ка-зались абсолютно абсурдными, потому что в черной дыре с энтропией, согласно этому выводу, должно было возникнуть и тепло, т. е. должна была быть обнаружена температура, что неизбежно было бы связано с излучением. Однако черные дыры отли-чаются именно тем, что они очень холодны и совер-шенно безжизненны, поэтому не могут быть источ-ником какого бы то ни было, даже самого слабого, излучения. Как и холодный кофе. Нет, это просто смешно — ну как можно принимать горизонталь-ную плоскость за меру энтропии!

В 1973 году Хокинг вместе со своими коллегами Брэндоном Картером и Джимом Бардиным опубли-ковали статью, где с иронией и даже сарказмом ата-ковали термодинамическую модель Бекенштейна. Уже само название черных дыр, писали они, отра-жает отсутствие температуры и излучения. Бекен-штейн жестоко заблуждается, утверждал Хокинг и его соавторы. Но уже в ноябре того же года Хокинг сделал открытие, которое в научных кругах было воспринято как сенсация. Его расчеты в конечном итоге действительно привели к интуитивно выяв-ленной Бекенштейном взаимосвязи между термо-динамикой и горизонтом событий: черная дыра по-стоянно испускает частицы, причем вылетающие частицы имеют тепловой спектр: черная дыра соз-104 Х УБЕРТ М АНИЯ | Стивен Хокинг дает и выделяет частицы, как обычное горячее тело с температурой, пропорциональной поверхностной гравитации и обратно пропорциональной массе. Та-ким образом, второй закон термодинамики, закон энтропии, не нарушается. Но как получилось, что черная дыра — на самом деле не совсем черная, и что, вопреки своему названию, излучает тепло, хотя в соответствии с общей теорией относитель-ности абсолютно исключено, чтобы какой-нибудь сигнал мог попасть за пределы горизонта событий, в наблюдаемую Вселенную?

ФЛУКТУАЦИИ КВАНТОВ

В «ПУСТОМ ПРОСТРАНСТВЕ» Решение парадоксального феномена черной

звезды, излучающей частицы, пришло к Хокингу, когда он применил квантовую теорию к сценарию горизонта событий. В книге «Краткая история вре-мени» он говорит о флуктуациях квантов в «пустом пространстве» за пределами горизонта событий. Это пространство заполнено парами из виртуальных ча-стиц и античастиц. Они рождаются парами, разде-ляются, а потом соединяются вновь и уничтожают-ся (аннигилируют). В непосредственной близости от черной дыры один член такой виртуальной пары может упасть в дыру, оставив другого без парт-нера. Тогда такая оказавшаяся в одиночестве оси-ротевшая частица может улететь в бесконечность, а наблюдатель воспримет ее как излучение черной дыры (IGZ: 134).