Математическое доказательство испарения чёрных дыр

Исследователи из Университета Радбода представили строгую математическую модель, подтверждающую, что чёрные дыры со временем полностью исчезают. В основе работы лежит эффект Швингера — рождение материи из сильного поля, который оказался применим и к гравитации.

Чёрные дыры давно считались космическими объектами, безвозвратно поглощающими всё, что попадает в их гравитационное поле. Однако ещё в прошлом веке Стивен Хокинг предположил, что эти гиганты способны терять массу и в конечном счёте испаряться. Этот процесс, известный как излучение Хокинга, возникает вблизи горизонта событий — границы, за которой даже свет не может вырваться наружу.

Согласно теории, у горизонта событий постоянно рождаются и аннигилируют виртуальные пары частиц. Иногда одна из них проваливается внутрь чёрной дыры, а второй удаётся ускользнуть, унося с собой часть энергии. Так дыра постепенно теряет массу, и, по мнению Хокинга, в далёком будущем во Вселенной не останется ни одной.

Команда астрономов и физиков — Хайно Фальке, Михаэль Вондрак и математик Вальтер ван Суйлеком — решили проверить эту гипотезу с максимальной строгостью. Ранее они уже показали, что горизонт событий не является обязательным условием для возникновения излучения. Теперь же в журнале Communications in Mathematical Physics они опубликовали полное математическое доказательство этого вывода.

Учёные поставили перед собой амбициозную задачу: создать модель, в которой гравитационное поле сначала включается, а затем полностью отключается. Всё начинается с нуля, затем наступает период с сильным полем, а после его выключения остаётся лишь излучение. Для расчётов исследователи адаптировали методы, разработанные для эффекта Швингера — явления спонтанного рождения материи в мощном электрическом поле.

Ключевая трудность заключалась в том, чтобы применить эти методы к гравитации. Неожиданное решение пришло из XIX века: один из коллег ван Суйлекома упомянул уравнение, которое идеально вписалось в модель. Когда его смоделировали на компьютере, оно заработало без сбоев.

Полученное доказательство подтверждает, что гравитация способна порождать частицы аналогично электромагнитному полю. Это открывает новые горизонты для понимания квантовой природы пространства-времени и приближает физиков к созданию единой теории поля. Связь между эффектом Швингера и излучением Хокинга уже привела к множеству новых идей на стыке астрономии, квантовой физики и математики.