Вселенная распадается быстрее, чем предполагалось — «всего» через 10⁷⁸ лет

Исследование, проведенное экспертом по черным дырам Хейно Фальке, физиком Михаэлем Вондраком и математиком Вальтером ван Суйлекомом из Университета Радбауда (Неймеген, Нидерланды), представляет собой развитие их предыдущей работы 2023 года, в которой они показали, что не только черные дыры, но и другие массивные объекты, такие как нейтронные звезды, могут подвергаться процессу, аналогичному испарению за счет излучения Хокинга. Новая статья ученых посвящена расчету времени, которое потребуется различным космическим объектам для полного «испарения» под действием этого механизма.

Окончательный конец Вселенной и роль белых карликов

Согласно расчетам исследователей, если учитывать только излучение, подобное хокинговскому, конец Вселенной наступит примерно через 10⁷⁸ лет. Это время, за которое белые карлики — одни из самых долгоживущих объектов во Вселенной — полностью распадутся. Ранее считалось, что их срок существования составляет порядка 10¹¹⁰⁰ лет, но новое исследование показывает, что процесс испарения ускоряется за счет квантовых эффектов.

Хейно Фальке, ведущий автор работы, отмечает, что, хотя конечный срок существования Вселенной оказался значительно короче предыдущих оценок, он все равно остается астрономически большим. Это исследование сочетает в себе серьезные научные расчеты с долей иронии, поскольку временные масштабы настолько огромны, что их вообще трудно осознать людям.

Переосмысление излучения Хокинга

Основой работы является пересмотр теории излучения Хокинга, предложенной Стивеном Хокингом в 1975 году. Согласно этой теории, на границе черной дыры могут спонтанно рождаться пары виртуальных частиц: одна из них поглощается черной дырой, а другая улетает в космос. Этот процесс приводит к постепенной потере массы черной дыры и ее «испарению».

Изначально считалось, что этот механизм применим только к черным дырам, поскольку они обладают столь сильной гравитацией, что могут удерживать даже свет. Однако в 2023 году Фальке, Вондрак и ван Суйлеком показали, что аналогичное излучение может возникать и у других объектов с сильным гравитационным полем, таких как нейтронные звезды.

Нейтронные звезды и черные дыры: неожиданное сходство

Одним из неожиданных результатов исследования стало то, что время испарения нейтронных звезд и черных дыр звездной массы оказалось практически одинаковым — порядка 10⁶⁷ лет. Это противоречит интуитивному предположению, что черные дыры, обладающие более мощным гравитационным полем, должны испаряться быстрее.

Майкл Вондрак объясняет этот парадокс тем, что черные дыры не имеют поверхности, а значит, часть излучения Хокинга поглощается обратно, замедляя процесс испарения. В случае нейтронных звезд излучение свободно покидает их поверхность, что компенсирует разницу в гравитационном воздействии.

Человек и Луна: испарение за 10⁹⁰ лет

Исследователи также рассчитали, сколько времени потребуется для полного испарения Луны и даже человека под действием излучения, подобного хокинговскому. Оказалось, что этот процесс займет около 10⁹⁰ лет.

Авторы с юмором отмечают, что на практике люди и Луна исчезнут гораздо раньше из-за других физических процессов, таких как распад протонов или гравитационные взаимодействия. Однако сам факт того, что подобные расчеты возможны, демонстрирует универсальность механизма, предложенного Хокингом.

Междисциплинарный подход и будущие исследования

Исследователи подчеркивают, что их работа является примером успешного сотрудничества астрофизики, квантовой механики и математики. Изучение экстремальных сценариев, таких как испарение объектов за счет излучения Хокинга, помогает глубже понять фундаментальные законы физики.

Ученые надеются, что дальнейшие исследования позволят раскрыть новые аспекты излучения Хокинга и, возможно, приблизиться к разгадке одной из главных тайн современной теоретической физики — объединения квантовой механики и общей теории относительности.

Исследование не только уточняет сроки «жизни» Вселенной, но и расширяет понимание излучения Хокинга, показывая его применимость к самым разным объектам — от черных дыр до обычных тел. Хотя полученные временные масштабы выходят далеко за пределы человеческого восприятия, сама работа демонстрирует, как теоретическая физика продолжает исследовать самые невероятные сценарии эволюции космоса.