Новое исследование показывает, что все во Вселенной в конечном итоге испарится

Согласно известной теории Стивена Хокинга, черные дыры со временем испаряются, постепенно теряя массу в виде странного вида излучения, поскольку горизонт событий разрушает окружающие квантовые поля.

Но оказывается, что наличие горизонта событий, возможно, не так важно для этого процесса. Согласно новому исследованию астрофизиков Майкла Вондрака, Вальтера ван Суйлекома и Хейно Фальке из Университета Радбауд в Нидерландах, достаточно крутой наклон искривления пространства-времени может сделать то же самое.

Это означает, что излучение Хокинга или что-то очень похожее на него может не ограничиваться черными дырами. Оно может быть везде, а это означает, что Вселенная очень медленно испаряется у нас на глазах.

«Мы демонстрируем, — говорит Майкл Вондрак , — что в дополнение к хорошо известному излучению Хокинга существует еще и новая форма излучения».

Излучение Хокинга — это то, что мы никогда не могли наблюдать, но теория и эксперименты предполагают, что оно правдоподобно.

Вот очень упрощенное объяснение того, как это работает. Если вы что-нибудь знаете о черных дырах, то, вероятно, что это космические объекты, гравитационно поглощающие все вокруг себя.

Это более или менее так, но черные дыры не обладают большей гравитацией, чем любое другое тело эквивалентной массы. Что у них есть, так это плотность: много массы упаковано в небольшое пространство. В пределах определенной близости от этого плотного объекта гравитационное притяжение становится настолько сильным, что скорость убегания — скорость, необходимая для убегания от черной дыры, — превышает скорость света, что невозможно. Эта близость известна как горизонт событий.

Стивен Хокинг математически показал, что горизонты событий могут вмешиваться в сложную смесь флуктуаций, пронизывающих хаос квантовых полей. Волны, которые обычно компенсируются, больше этого не делают, что приводит к дисбалансу вероятностей, который производит новые частицы.

Энергия внутри этих спонтанно генерируемых частиц напрямую связана с черной дырой. Крошечные черные дыры увидят образование частиц высокой энергии вблизи горизонта событий, которые быстро унесут большое количество энергии черной дыры и заставят плотный объект быстро исчезнуть.

Большие черные дыры будут светиться холодным светом, который будет трудно обнаружить, заставляя черную дыру постепенно терять свою энергию как массу в течение гораздо более длительного времени.

Очень похожее явление гипотетически происходит в электрических полях. Известный как эффект Швингера, когда достаточно сильные флуктуации электрического квантового поля могут нарушить баланс виртуальных электрон-позитронных частиц, в результате чего некоторые из них появятся. Однако, в отличие от излучения Хокинга, эффекту Швингера не нужен горизонт — достаточно чрезвычайно мощного поля.

Задаваясь вопросом, существует ли способ появления частиц в искривленном пространстве-времени, аналогичный эффекту Швингера, ученые математически воспроизвели тот же эффект в различных гравитационных условиях.

«Мы показываем, что далеко за пределами черной дыры искривление пространства-времени играет большую роль в создании излучения», — объясняют они. «Частицы там уже разделены приливными силами гравитационного поля».

Все, что достаточно массивно или плотно, может вызвать значительное искривление пространства-времени. По сути, гравитационное поле этих объектов вызывает искривление пространства-времени вокруг них.

Черные дыры являются наиболее ярким примером, но пространство-время также искривляется вокруг плотных мертвых звезд, таких как нейтронные звезды и белые карлики, а также чрезвычайно массивных объектов, таких как скопления галактик.

Исследователи обнаружили, что в этих сценариях гравитация все еще может влиять на флуктуации квантовых полей в достаточной степени, чтобы породить новые частицы, очень похожие на излучение Хокинга, не требуя катализатора в виде горизонта событий.

«Это означает, что объекты без горизонта событий, такие как мертвые звезды и другие массивные объекты во Вселенной, также имеют такое излучение», — говорят исследователи.

«И после очень долгого периода это привело бы к тому, что все во Вселенной в конечном итоге испарилось бы, как черные дыры. Это меняет не только наше понимание излучения Хокинга, но и наш взгляд на Вселенную и ее будущее».

Однако в ближайшем будущем нам не о чем беспокоиться.

Черной дыре с массой Солнца (с диаметром горизонта событий всего 6 километров) потребовалось бы 10 ⁶⁴ лет, чтобы полностью испариться.

Исследование было опубликовано в журнале Physical Review Letters и доступно на arXiv.