Neįmanoma taip lengvai įsivaizduoti, atsižvelgiant į įvairias formas, kurias materija įgyja Visatoje, kad milijonus metų egzistavo tik neutralūs vandenilio ir helio dujų atomai. Ir lygiai taip pat sunku įsivaizduoti, kad vieną dieną po keturių milijono metų visos žvaigždės bus patamsėjusios. Liks tik mūsų vis dar gyvos Visatos liekanos ir … juodosios skylės. Bet jie negyvens amžinai. Tai kelia įdomų klausimą. Kas nutinka, kai juodoji skylė praranda pakankamai energijos dėl Hawkingo radiacijos, kad jos energijos tankis nebegalėtų išlaikyti įvykio horizonto išskirtinumo? Tai yra, kada dėl Hawkingo radiacijos juodoji skylė nebebus juoda?
Norint atsakyti į šį klausimą, svarbu suprasti, kas iš tikrųjų yra juodoji skylė.
- „Salik.biz“
Juodosios skylės paprastai susidaro per didžiulės žvaigždės griūtį, kai panaudotas branduolinis kuras nustoja sintetinti sunkesnius elementus. Sintezei sulėtėjus ir sustojus, šerdyje sumažėja radiacijos slėgis, o tai buvo vienintelis dalykas, kuris apsaugojo žvaigždę nuo gravitacinio griūties. Nors išoriniai sluoksniai dažnai patiria didėjančią suliejimo reakciją, buvusią žvaigždę išpūsdami į supernovą, šerdis pirmiausia suyra į neutroninę žvaigždę, tačiau jei masė per didelė, patys neutronai suyra į dar tankesnę juodųjų skylių būseną. Juodoji skylė taip pat gali susidaryti, jei neutroninė žvaigždė išgauna pakankamai masės iš papildomos žvaigždės ir peržengia slenkstį, reikalingą tam, kad būtų juodoji skylė.
Gravitacijos požiūriu, norint tapti juodąja skyle, jums tereikia sukaupti pakankamai masės pakankamai mažame erdvės plote, iš kurio net šviesa negali išeiti. Kiekviena masė, įskaitant Žemės planetą, turi pabėgimo greitį: greitį, kuris turi būti išvystytas, kad tam tikru atstumu (pvz., Atstumu nuo Žemės centro iki jo paviršiaus) nuo jo masės centro būtų galima visiškai išvengti gravitacijos traukos. Bet jei yra pakankamai masės, kad pabėgimo greitis būtų lygus šviesos greičiui, niekas negali įveikti šios kliūties, nes niekas negali viršyti šviesos greičio.
Šis atstumas nuo masės centro, kur pabėgimo greitis yra lygus šviesos greičiui - vadinkime tai R -, lemia juodosios skylės įvykio horizonto dydį. Bet tai, kad materija egzistuoja tokiomis sąlygomis, turi dar vieną nepastebimą padarinį: šis dalykas turi sugriūti į išskirtinumą. Galima manyti, kad turi būti materijos būsena, kuri bus stabili ir tam tikrame tūryje įvykio horizonte, tačiau tai fiziškai neįmanoma.
Norėdami panaudoti išorinę jėgą, vidinė dalelė turi siųsti dalelę, kuri neša jėgą iš masės centro į įvykio horizontą. Šią jėgos nešėją taip pat riboja šviesos greitis, ir nesvarbu, kur esate įvykio horizonte, visos į šviesą panašios kreivės baigiasi centre. Dar blogiau yra lėtoms ir masyvioms dalelėms. Kai suformuosite juodąją skylę su įvykio horizontu, visa viduje esanti materija sugrius išskirtinumu.
Reklaminis vaizdo įrašas:
Ir kadangi niekas negali palikti juodosios skylės, galima pamanyti, kad juoda skylė išliks tokia amžinai. Ir jei ne kvantinė fizika, tai taip ir būtų. Bet kvantinėje fizikoje yra ne nulinis energijos kiekis, būdingas pačiai kosmosui: kvantinis vakuumas. Lenktoje erdvėje kvantinis vakuumas įgyja visiškai kitokias savybes nei plokščiajame, ir nėra regionų, kurių kreivumas būtų didesnis nei šalia juodosios skylės išskirtinumo. Suderink šiuos du gamtos dėsnius - kvantinės fizikos ir reliatyvistinio erdvės laiko prie juodosios skylės - ir gausi Hawkingo radiacijos reiškinį.
Kvantinių laukų teorijos apskaičiavimai išlenktoje erdvėje pateikia nuostabų sprendimą: juodojo kūno šiluminė spinduliuotė sklinda į erdvę, supančią juodosios skylės įvykio horizontą. Ir kuo mažesnis įvykio horizontas, tuo didesnis yra įvykio horizonto erdvės kreivumas ir tuo pačiu tuo didesnis yra Hawkingo radiacijos greitis. Jei mūsų Saulė būtų juodoji skylė, Hawkingo radiacijos temperatūra būtų 62 nanokelvinai; jei būtumėte paėmę juodąją skylę mūsų galaktikos centre, 4 000 000 kartų masyvesnę už saulę, temperatūra būtų 15 femtokelvinų arba 0,000025% mažesnio objekto radiacijos temperatūros.
Tai reiškia, kad kuo mažesnė juodoji skylė, tuo greičiau ji suyra, o didžiausios gyvena ilgiausiai. Saulės masės juodoji skylė truks maždaug 1067 metus iki išgaravimo, tačiau juodoji skylė mūsų galaktikos centre gyvens 1020 kartų ilgiau. Įdomu tai, kad iki pat paskutinės savo egzistavimo sekundės juodoji skylė turės įvykių horizontą. Susikūręs išskirtinumas ir tol, kol išliks įvykio horizontas, jis išliks išskirtinumas, kol masė nebus lygi nuliui.
Tačiau ši paskutinė juodosios skylės gyvenimo sekundė sukels labai specifinį ir galingą energijos pliūpsnį. Kai masė nukrenta iki 228 metrinių tonų, tai yra signalas, kad išlieka tiksliai viena sekundė. Šiuo metu įvykio horizonto dydis bus 340 yoometrų, arba 3,4 x 10–22: vieno fotono bangos ilgio, kurio energija yra didesnė už bet kokių LHC kada nors pagamintų dalelių energiją. Ši paskutinė sekundė išleis 2,05 x 1022 džaulių energijos, penkis milijonus megatonų TNT ekvivalento. Atrodo, tarsi milijonas termobranduolinių bombų sprogo mažame kosmoso gabalėlyje; tai yra paskutinis juodosios skylės išgaravimo etapas.
Kas liko? Tiesiog sklindanti radiacija. Jei anksčiau erdvėje buvo išskirtinumas, kuriame masė, taip pat galbūt krūvis ir kampinis impulsas egzistavo be galo mažame tūryje, nebeegzistuoja. Erdvė bus atstatyta į nepaprastąją būseną, tarsi anksčiau nieko nebuvo. Bet kai tai atsitiks, Visata turės laiko atlikti visus savo reikalus trilijonus kartų. Kai išnyks pirmoji juodoji skylė, nebebus daugiau žvaigždžių ar kitų šviesos šaltinių. Ir nėra „slenksčio“, po kurio tai turėtų įvykti. Tiesiog juodoji skylė turėtų visiškai išgaruoti. Ir kiek mes žinome, liks tik radiacija.
Kitaip tariant, jei jūs stebėtumėte, kaip paskutinė juodoji skylė mūsų Visatoje išgaruoja, pamatysite tik juodą kosmoso tuštumą, kurioje nėra šviesos ar veiklos požymių 10 100 ar daugiau metų. Staigus, galingas tam tikro spektro ir dydžio radiacijos sprogimas bus paskutinis kartas, kai mūsų stebima visata bus maudoma radiacijos. Paskutinė juodoji skylė išgarins paskutinį kartą, kai Visata sakys: tegul būna šviesa!
ILYA KHEL