Вселенная. Вопросов больше, чем ответов

Вся же остальная информация, как уже было сказано, или вы­свечивается при образовании черной дыры, или бесследно ис­чезает в ее глубинах.

«Исчезновение» индивидуальных характеристик сколлпаси- ровавшего в черную дыру объекта не представляло проблемы, пока черные дыры считались вечными и неуничтожимыми. Ведь можно было считать, что информация не исчезла окончательно, она просто хранится в своего рода «законсервированном» виде.

Все изменилось, когда в рассмотрение стали вводить кван­товые эффекты в поле черных дыр. В 1970 году М.А. Марков и В.П. Фролов обнаружили, что из-за квантового рождения частиц из вакуума в поле заряженной черной дыры ее заряд уменьша­ется практически до полного его исчезновения. Почти сразу по­сле этого Я.Б. Зельдович и А.А. Старобинский показали, что ана­логичное явление происходит и вблизи вращающихся черных дыр, причем рождающийся поток частиц постепенно уменьшает энергию и угловой момент черной дыры.

Осенью 1973 года об этом результате было рассказано прие­хавшему в Москву Стивену Хокингу. И именно ему удалось сде­лать последний, решающий шаг и доказать, что излучают не только керровские, но шварцшильдовские черные дыры тоже. Поэтому такое излучение сейчас носит его имя.

Суть открытия Хокинга, математически довольно сложная, «на пальцах» может быть объяснена следующим образом.

Даже если мы рассмотрим совершенно пустой вакуум, это отнюдь не значит, что все поля в нем (гравитационные или, на­пример, электромагнитные) в точности равны нулю. Ведь к по­лям, как и к частицам, применим принцип неопределенности Гейзенберга, гласящий, что мы не можем одновременно точно измерить координату и импульс, т. е. произведение неопреде­ленности в импульсе на неопределенность в координате должно превышать постоянную Планка.

Таким образом, если сфокусировать внимание на опреде­ленной точке пространства, то мы увидим, что величина поля

214

— Черные дыры —

претерпевает некие небольшие флюктуации, называемые кван­товыми. А вакуум, в свою очередь, — не абсолютная пустота, а наинизшее состояние всех полей (хотя и малое, но отличное от нуля).

Данные квантовые флюктуации иначе можно интерпретиро­вать как рождение виртуальных частиц — пары частицы и анти­частицы, которая спустя очень короткий промежуток времени аннигилирует и возвращает взятую «взаймы» на свое рождение энергию, причем энергия и время существования пары связаны все тем же соотношением неопределенностей: чем больше энер­гия, тем короче время. И, хотя эти частицы и виртуальные, ока­зываемые их рождением эффекты вполне реальны — например, экранировка заряда протона, измеренная в эксперименте.

Но самое интересное начинается, если наложить на вакуум сильное внешнее поле. Это поле может «заплатить» за рожден­ные частицы долг, и они из разряда виртуальных перейдут в ре­альные. И это тоже было проделано в эксперименте, когда мощ­ным импульсом лазера из вакуума получилось «выбить» вполне реальные частицы.

Аналогичный процесс происходит и вблизи черных дыр, толь­ко роль внешнего играет гравитационное поле. Рожденная таким образом частица с положительной энергией может улететь от черной дыры, а частица с отрицательной — будет ею захвачена. И, воспользовавшись фундаментальной формулой Эйнштейна Е = тс², получим, что масса черной дыры в ходе этого процесса будет уменьшаться.

Иными словами, происходит постепенное «испарение» чер­ной дыры. И хотя природа излучения Хокинга, как мы видим, совершенно неклассическая и уж тем более не тепловая, при рас­четах можно считать, что черная дыра излучает как абсолютно черное тело, нагретое до определенной температуры, зависящей от массы черной дыры. Температура эта для черной дыры звезд­ной массы совершенно ничтожна — так, для Солнца она состав­ляет одну десятимиллионную часть кельвина, так что темп излу­чения Хокинга для таких черных дыр пренебрежимо мал.

215

Но при уменьшении массы черной дыры данная «эффек­тивная» температура растет, так что для черной дыры с массой

1 млрд т она превысит юо млрд К. Последние же тысячи тонн испаряются за одну десятую секунды, при этом выделяется энер­гия, эквивалентная одновременному взрыву миллиона мегатон- ных водородных бомб.

Интересно отметить, что, поставив в соотношение площадь поверхности черной дыры и меру ее энтропии, к выводу о не­избежности испарения черных дыр можно прийти практически с позиции классической термодинамики. И хотя такой подход имел неплохие шансы привести к успеху раньше (его развивал ученик Уиллера Джекоб Бекенштейн), последний шаг сделан им все же не был.

Итак, черные дыры излучают. До сих пор неизвестно, правда, что же происходит в самом конце испарения: исчезает ли чер­ная дыра полностью, или остается некая элементарная черная дыра планковских масштабов. Впрочем, в контексте «информа­ционного парадокса» это и не очень важно, ведь гипотетическая элементарная черная дыра не может, конечно же, вместить всего объема информации, попавшего в черную дыру на протяжении ее жизни. Излучение Хокинга в силу своего механизма инфор­мации тоже переносить не может.