Mokslininkai pakoregavo žymiąją Stepheno Hawkingo prognozę. Štai koks likimas mūsų laukia

1974-aisiais S. Hawkingas pareiškė, kad juodosios skylės galiausiai išgaruoja dėl vadinamojo Hawkingo spinduliavimo, t. y. palaipsniui išspinduliuoja savo energiją šviesos dalelių pavidalu. Dabar pasirodė nauja teorija, kurios autoriai teigia, kad dėl Hawkingo spinduliavimo energijos netenka ne tik juodosios skylės, bet visi pakankamai masės turintys objektai. Jeigu ši teorija yra teisinga, vadinasi, viskas visatoje galiausiai išnyks, skelbia livescience.com.

„Tai reiškia, kad įvykių horizonto [išorinė juodosios skylės riba, kurią peržengus niekas negali ištrūkti, net šviesa] neturintys objektai, tokie kaip mirusių žvaigždžių liekanos ir kiti visatoje esantys dideli objektai taip pat pasižymi Hawkingo spinduliavimu, – pareiškime nurodė pagrindinis tyrimo autorius, Nyderlanduose esančio Neimegeno universiteto astrofizikos dėstytojas Heino Falcke. – Ir po labai ilgo laikotarpio visatoje išgaruotų viskas, taip pat kaip juodosios skylės. Tai keičia ne tik mūsų supratimą apie Hawkingo spinduliavimą, bet ir požiūrį į visatą bei jos ateitį.“

Savo radinius mokslininkai birželio 2 d. paskelbė žurnale „Physical Review Letters“.

Erdvėlaikio pabaisos

Vadovaujantis kvantine lauko teorija, tuščias vakuumas neegzistuoja. Erdvėje pilna mažyčių vibracijų, kurios, gavusios pakankamai energijos, atsitiktinai virsta virtualiomis dalelėmis, suformuodamos labai nedaug energijos turinčius šviesos kvantus, arba fotonus.

Garsiajame darbe, išspausdintame 1974 m., S. Hawkingas iškėlė hipotezė, kad dėl didžiulės gravitacijos jėgos, kuria pasižymi juodųjų skylių įvykių horizontas, irgi susidarytų fotonų. Remiantis Alberto Einsteino bendrąja reliatyvumo teorija, gravitacija iškreipia erdvėlaikį, taigi, kuo arčiau juodosios skylės singuliarumo, kuriam būdina milžiniška gravitacijos jėga, atsiduria kvantiniai laukai, tuo labiau jie yra iškraipomi.

Atsižvelgęs į kvantinei mechanikai būdingą nežinomybę ir keistumą, S. Hawkingas sakė, kad šis iškraipymas sukuria nevienodas skirtingai judančio laiko zonas ir energijos šuolius kvantiniame lauke. Dėl šių energijos neatitikimų fotonai susiformuoja iškreiptoje erdvėje aplink juodąsias skyles, naudodami juodųjų skylių energiją. Jeigu paskui šios dalelės ištrūksta iš juodosios skylės gravitacijos lauko, ši energijos vagystė privertė S. Hawkingą padaryti išvadą, jog po daugybės metų (gerokai daugiau nei dabartinis visatos amžius) juodosios skylės galiausiai neteks visos savo energijos ir visiškai išnyks.

Bet jeigu kvantiniams svyravimams ir fotonams atsirasti tereikia gravitacijos lauko, tokiu atveju bet kuris objektas, kurio masė iškreipia erdvėlaikį, irgi turėtų pasižymėti Hawkingo spinduliavimu, tiesa? Ar šiam reiškiniui reikalingos specialios įvykių horizonto sąlygos, o gal jis gali vykti bet kurioje kosminės erdvės vietoje? Ieškodami atsakymų į šiuos klausimus, naujosios studijos autoriai Hawkingo spinduliavimą išanalizavo pro seniai išprognozuoto proceso, vadinamo Schwingerio efektu, prizmę. Vadovaujantis minėtuoju efektu, materija teoriškai gali būti sukuriama elektromagnetinio lauko sukeltų galingų iškraipymų.

Pritaikę Schwingerio efektą Hawkingo spinduliavimui, teoretinės fizikos specialistai parengė matematinį modelį, kuriuo remiantis Hawkingo spinduliavimas vyksta erdvėse, veikiamose įvairaus stiprumo gravitacijos laukų. Vadovaujantis naująja teorija, įvykių horizontas nėra būtinas tam, kad didelis objektas lėtai prarastų energiją, kuri išspinduliuojama šviesos pavidalu – užtenka paties objekto gravitacijos lauko.

„Parodėme, kad erdvėlaikio iškraipymas vaidina didelį vaidmenį, kalbant apie spinduliavimo atsiradimą, – ir ne tik juodosiose skylėse, – pridūrė kitas tyrimo autorius Walteris van Suijlekomas, Neimegeno universiteto matematikos dėstytojas. – Daleles atskiria gravitacijos jėga.“

Ką mokslininkų teorija iš tikrųjų reiškia, nėra aišku. Galima daryti prielaidą, kad materijai, iš kurios sudarytos žvaigždės, neutroninės žvaigždės ir planetos, senstant, galiausiai jos būsena pasikeis į visiškai naują itin mažos energijos būseną. Šio pokyčio gali užtekti, kad visa materija virstų juodosiomis skylėmis, kurios pamažu neteks savo energijos dėl Hawkingo spinduliavimo ir paskui išnyks be pėdsako.

Žinoma, kol kas tai viso labo nepatvirtintos spėlionės. Kad išsiaiškintų, ar toks likimas iš tiesų laukia mūsų visatos, fizikai turės užfiksuoti Hawkingo spinduliavimą prie didele gravitacijos jėga pasižyminčių objektų, tokių kaip planetos, žvaigždės ar neutroninės žvaigždės. Jeigu viskam lemta išnykti tarytum šviesos blyksniui, visatoje turėtų būti pakankamai vietų šiam scenarijui patikrinti.

Šaltiniai:

https://journals.aps.org/prl/abstract/10.1103/PhysRevLett.130.221502

https://www.eurekalert.org/news-releases/991116