КВАНТОВЫЙ ПОТОК ЭНЕРГИИ ИЗ ЧЕРНЫХ ДЫР

Оказывается, существует процесс, приводящий к превращению внутренней энергии (неприводимой массы) черной дыры в излучение. При этом уменьшается

площадь поверхности черной дыры. Это открытие было сделано английским физиком С. Хоукингом в 1974 г. На первый взгляд эффект Хоукинга противоречит всему, что известно о черных дырах. Веда мы неоднократно повторяли, что никакое излучение из черных дыр выйти не может, не может уменьшиться площадь поверхности черной дыры, и вдруг встречаемся с прямо противоположным утверждением.

Попытаемся хотя бы приближенно пояснить, в чем здесь дело. Весьма существенно, что рассматриваемый процесс имеет квантовый характер. Виртуальные частицы в вакууме из-за соотношения неопределенности рождаются на некотором расстоянии друг от друга. В случае поля тяготения черной дыры одна частица может родиться вне горизонта, другая под горизонтом. Та, что родилась вне горизонта, может улететь в пространство, другая же частица будет падать в черную дыру, никогда не уйдет к далекому наблюдателю. Вновь слиться и исчезнуть, как это случается с виртуальными частицами в вакууме вдали от черной дары вне ее сильного поля тяготения, частицы уже не могут. Так возникает поток частиц от черной дары в пространство. На этот раз расходуется энергия самой черной дыры, уменьшается размер горизонта событий. Еще раз подчеркнем, что это возможно из-за специфических особенностей квантовых процессов — соотношения неопределенности и др.

Хоукинг показал, что черная дыра излучает энергию так, как-будто ее поверхность нагрета до температуры Эта температура с точностью до численного множителя совпадает с тем примерным значением, которое нашел Бекенштейн при разборе работы тепловой машины с черной дырой. Значит, найденная им температура черной дыры действительно имеет прямой физический смысл.

Следует сразу же подчеркнуть, что температуры черных дыр звездной массой совершенно ничтожны. Так для черной дыры в 10 масс Солнца выражение для температуры гравитационный радиус входит в знаменателе, следовательно, для. сверхмассивных черных дар температура их и вовсе пренебрежима.

Квантовые потоки энергии от звездных и сверхмассивиых черных дыр очень малы. Несколько позже мы приведем их численное значение.

Уходящие наружу кванты затрачивают работу

против сил тяготения, и поэтому их энергия падает. Вблизи от черной дыры энергия квантов, а значит, и соответствующая температура существенно больше. Поэтому, если ьаблюдатель вдали от черной дыры видит, что ее излучение соответствует температуре то наблюдатель вблизи горизонта событий будет считать, что от горизонта идет излучение существенно большей температуры. Не все излучение, проходящее мимо наблюдателя вблизи горизонта, уходит в пространство. Большая его часть, имеющая хоть сколько-нибудь заметный угол распространения с направлением радиуса, очень сильно искривляется гигантским полем тяготения и снова уходит вниз к черной дыре. Только излучение, идущее почти точно по радиусу, способно уйти от черной дыры.

Здесь необходимо подчеркнуть, что сильное поле тяготения вблизи горизонта изменяет движение также и виртуальных частиц, как говорят, поляризует вакуум. Вклад в потоки энергии от виртуальных и реальных частиц оказывается нечетко разделенным, и вблизи горизонта нельзя строго отделить поляризацию вакуума от реальных частиц. Явление поляризации вакуума порождает столь странное состояние, которое характеризуется отрицательной плотностью энергии. Оказывается, что при положительном потоке реальных частиц, уходящих в пространство, существует поток отрицательной энергии внутрь черной дыры, обусловленной поляризацией вакуума. Этот поток и приводит к уменьшению массы черной дыры, к уменьшению ее размеров.