Glede na raznolikost oblik, ki jih zadeva v vesolju, ni tako enostavno predstavljati, da že milijone let obstajajo samo nevtralni atomi vodika in helijevega plina. In prav tako si je težko predstavljati, da bodo nekega dne po štirih milijardnih letih vse zvezde zatemnjene. Ostali bodo samo ostanki našega še živečega Vesolja in … črne luknje. Vendar ne bodo živeli večno. To sproži zanimivo vprašanje. Kaj se zgodi, ko črna luknja zaradi Hawkingovega sevanja izgubi dovolj energije, tako da njena energijska gostota ne more več ohranjati posebnosti s horizontom dogodkov? Se pravi, kdaj bo črna luknja zaradi Hawkingovega sevanja prenehala biti črna luknja?
Za odgovor na to vprašanje je pomembno razumeti, kaj v resnici je črna luknja.
Črne luknje običajno nastanejo med zrušitvijo jedra ogromne zvezde, ko izrabljeno jedrsko gorivo preneha sintetizirati težje elemente. Ko se sinteza upočasni in ustavi, v jedru pade radiacijski tlak, kar je edino, kar je zvezdo preprečilo pred gravitacijskim propadom. Medtem ko zunanje plasti pogosto doživijo eskalirajočo fuzijsko reakcijo, napihnejo nekdanjo zvezdo v supernovo, se jedro najprej zruši v nevtronsko zvezdo, če pa je masa prevelika, se nevtroni sami sesedejo v še gostejše stanje črne luknje. Tudi črna luknja se lahko tvori, če nevtronska zvezda pridobi dovolj mase od spremljevalne zvezde in prestopi prag, potreben, da postane črna luknja.
Če želite postati črna luknja, morate z vidika težnosti preprosto pridobiti dovolj mase v dovolj majhni prostornini, iz katere ne more uiti niti svetloba. Vsaka masa, vključno s planetom Zemljo, ima hitrost pobega: hitrost, ki jo je treba razviti, da se popolnoma izogne gravitacijskemu privlačenju na določeni razdalji (na primer razdalji od središča Zemlje do njene površine) od središča mase. Če pa je dovolj mase, da hitrost pobega izenači s hitrostjo svetlobe, potem nič ne more premagati te ovire, ker nič ne more preseči hitrosti svetlobe.
Ta oddaljenost od središča mase, kjer je hitrost pobega enaka svetlobni hitrosti - rečemo ji R -, določa velikost obzorja dogodka črne luknje. Toda dejstvo, da snov obstaja v takšnih pogojih, ima še eno neopazno posledico: ta zadeva mora propadati v posebnost. Domnevamo lahko, da mora obstajati stanje snovi, ki bo stabilno in bo znotraj določenega obsega v določenem obsegu, vendar je to fizično nemogoče.
Za izvajanje zunanje sile mora notranji delček poslati delček, ki nosi silo, iz središča mase na obzorje dogodka. Toda ta nosilec sile je omejen tudi s svetlobno hitrostjo, in ne glede na to, kje ste v obzorju dogodka, se vse svetlobne krivulje končajo v središču. Še huje je za počasne in masivne delce. Ko enkrat ustvarite črno luknjo z obzorjem dogodkov, se vsa zadeva v notranjosti zruši v posebnost.
Promocijski video:
In ker nič ne more zapustiti črne luknje, bi človek mislil, da bo črna luknja tako ostala za vedno. In če ne kvantne fizike, bi bilo tako. Toda v kvantni fiziki je v samem prostoru vesoljska energija, ki ni nujna: kvantni vakuum. V ukrivljenem prostoru dobi kvantni vakuum popolnoma drugačne lastnosti kot v ravnem prostoru in ni regij, katerih ukrivljenost bi bila večja kot v bližini posebnosti črne luknje. Združite ta dva zakonitosti narave - kvantno fiziko in relativistični prostor-čas v bližini črne luknje - in dobili boste pojav Hawkingovega sevanja.
Izračuni teorije kvantnega polja v ukrivljenem prostoru nudijo neverjetno rešitev: toplotno sevanje iz črnega telesa se oddaja v prostor, ki obdaja obzorje črne luknje. In manjši je horizont dogodkov, večja je ukrivljenost prostora v bližini dogodkovnega obzorja in hkrati večja hitrost Hawkingovega sevanja. Če bi bilo naše Sonce črna luknja, bi bila temperatura Hawkingovega sevanja 62 nanokelvin; če bi v središču naše galaksije vzeli črno luknjo, 4.000.000-krat bolj masivno od sonca, bi bila temperatura 15 femtokelvin ali 0,000025% temperature sevanja manjšega predmeta.
To pomeni, da manjša kot je črna luknja, hitreje razpade, največji pa živijo najdlje. Črna luknja sončne mase bo trajala približno 1067 let pred izhlapevanjem, črna luknja v središču naše galaksije pa bo živela 1020 krat dlje. Zanimivo je, da bo črna luknja do zadnje sekunde svojega obstoja imela obzorje dogodkov. Ko se oblikuje posebnost - in dokler ostane obzorje dogodkov - bo ostala singularnost, dokler masa ni nič.
Vendar bo ta zadnja sekunda življenja črne luknje povzročila zelo specifičen in močan naval energije. Ko masa pade na 228 ton, je to signal, da ostane točno ena sekunda. Velikost obzorja dogodkov bo v tem trenutku 340 joktometrov ali 3,4 x 10-22: velikost ene fotonske valovne dolžine z energijo, večjo od energije katerega koli delca, ki ga je LHC kdajkoli ustvaril. Ta zadnja sekunda bo sprostila 2,05 x 1022 joulov energije, pet milijonov megatonov ekvivalenta TNT. Kot da bi milijon termonuklearnih bomb eksplodiral v majhnem koščku prostora; to je zadnja faza izhlapevanja črne luknje.
Kaj je ostalo? Samo odhajajoče sevanje. Če je prej obstajala posebnost v prostoru, v kateri masa in po možnosti tudi naboj in kotni zagon obstajata v neskončno majhnem volumnu, ne obstaja več. Prostor se bo povrnil v svoje nesinkularno stanje, kot da prej ni bilo nič. Ko pa se to zgodi, bo Vesolje imelo vse svoje zadeve trilijone krat. Ko izhlapi prva črna luknja, ne bo več zvezd ali drugih virov svetlobe. In ni "praga", po katerem bi se to moralo zgoditi. Samo, da bi morala črna luknja popolnoma izhlapeti. In kolikor vemo, bo ostalo samo sevanje.
Z drugimi besedami, če bi videli, kako zadnja črna luknja v našem vesolju izhlapeva, bi videli le črno praznino prostora brez svetlobe ali znakov aktivnosti 10 100 let ali več. Nenadna močna navala sevanja določenega spektra in obsega bo še zadnjič, ko se naše opazovano vesolje kopa v sevanju. Izhlapevanje zadnje črne luknje bo zadnjič, ko vesolje reče: naj bo svetloba!
ILYA KHEL