чем заканчивается черная дыра
В чём проделана «чёрная дыра», и что скрывается внутри
В чём проделана «чёрная дыра», и что скрывается внутри
Это правильные вопросы. Почему «чёрные дыры» именуются именно так? «Чёрные» — это понятно. С точки зрения астрофизиков «чёрный» (или «тёмный») значит «не излучающий». Но «дыра»? В чём? И, кстати уж, если уж и дыра, то что же тогда внутри?
Ответы на эти вопросы известны и формально очень просты. Что, однако, не мешает им вызывать несварение человеческого рассудка. «Чёрная дыра» — отверстие, сферический разрыв в пространстве-времени. То есть, место, где пространства нет. Соответственно, — и вот эту мысль принять особенно трудно — какое-либо «внутри» у чёрной дыры отсутствует. Как нет у неё, например, и центра. Ведь, и «центр», и «внутри» — понятия определённые лишь в пространстве.
. Крепость сия, действительно, не берётся с налёта. Прежде чем представить картину её требуется хотя бы поверхностно понять. Например, если уж чёрная дыра имеет сферическую форму, то как обойтись без центра, который по геометрии сфере положен? Но ключевым словом здесь будет «геометрия». Какая? Допустим, евклидова. И в абстрактном геометрическом понимании центр у чёрной дыры, разумеется, есть. Проблема здесь в том, что реальное физическое пространство не плоское, и натянуть на евклидовы оси его нельзя. Вытекающим из евклидовых представлений «центру» чёрной дыры, как и окружающему его «внутреннему объёму», какое-либо место в нашей вселенной не соответствует.
И здесь придётся сказать несколько слов о «представлениях». Есть реальность и есть представления о ней, причём одно не тождественно другому. Представления это то, как мы реальность себе представляем, представлять же её можно по-разному. Чёрные дыры, например, появились — с начала лишь на бумаге — из представлений о гравитации, как искривлении пространства-времени массой. Причём, это не единственное из возможных представлений о гравитации, даже не лучшее и, по большому счёту, на данный момент уже устаревшее. Но оно оказалось достаточно хорошо, чтобы черные дыры, предсказанные в его рамках, действительно были найдены. Это годное, рабочее представление. Так что, и будем им оперировать.
Будем оперировать, понимая, что вопросы «гнётся ли пространство на самом деле, и если да, то почему гнётся» — неправомерны. Ибо упираются в вопрос, чем является «пространство» как таковое. А это — совсем уж неправильный вопрос. Пространство — философская категория, применяемое нами для описания физической реальности. В ощущении оно не дано. То есть, ответ на данный вопрос зависит только от нас. От того, как мы эту категорию в данном конкретном случае применили. В данном же случае — гнётся, потому что мы его таким качеством наделили.
Сложно? А так получается. Начиная с некоторого уровня в физике без философии делать нечего. Так как дорога к пониманию приводит к понятиям фундаментальным.
Но кстати о физике. О том, как выглядит, образуется и действует дыра в пространстве. Если представить пространство упругой поверхностью, а тела — стальными шариками, под воздействием массы будут образовываться углубления — воронки. Однако, если уж нечто наделяется упругостью, то это качество измеримо и имеет предел. И при достаточно высоком давлении на единицу площади, этот предел может быть превышен. То есть, с ростом массы и плотности тела воронка становится всё глубже, а её стены всё круче. «Разрывом пространства» станет ситуация, при которой на некоторой глубине стены воронки окажутся вертикальными.
Данное представление удобно, так как позволяет понять релятивистские эффекты, возникающие при падении тела на черную дыру (почему в данном случае именно «на», а не «в Украину» — существенный, но отдельный вопрос). В первый момент тело, начинающее скатываться в воронку с точки зрения наблюдателя ускоряется. Но потом начинает замедляться, так как, хотя скорость и продолжает расти, падение становится круче, и проекция вектора на горизонтальную плоскость — именно её видит сторонний наблюдатель, — укорачивается. Наконец, перейдя в вертикальное пикирование, тело с точки зрения наблюдателя останавливается. Его координата не меняется. О чём наблюдатель, впрочем, уже может только догадываться, так как объект более не наблюдает. Почему? Потому что, воронка выдавлена и во времени тоже. Секунды на падающем объекте с точки зрения наблюдателя тянутся всё дольше, фотоны им испускаются всё реже, длина волны излучения растёт. Пока не уходит за пределы порога измерения.
. Красиво. Но модель с шариками и упругой поверхностью имеет и очевидный недостаток. Допустим, воронка углубляется, в какой-то момент пространство, не выдержав натяжения рвётся, возникает дыра и… упс. Шарик выпал. Воронка схлопнулась, а масса, нарушив закон сохранения, ушла и мира. Очевидно, так быть не может.
Не может, потому что модель упрощена избыточно. И не учитывает, что шарик уйти с поверхности не способен. Ведь, движение — это измерение пространственных координат со временем. Тело неотрывно привязано к пространству, область которого занимает, и если пространство прорвётся… Вот это самое интересное.
Что случается с шариком, когда пространство под ним лопается? Он тоже лопается. В рамках вышеописанной модели с момента образования чёрной дыры тело уже не шар, а труба, стенки которой имеют стремящуюся к нулю толщину и длину стремящуюся к бесконечности.
С точки зрения наблюдателя масса коллапсировавшего тела не покидает вселенную, оказавшись внутри чёрной дыры. Поскольку «внутри» не применимо к данной ситуации, снаружи же остаться не позволяет превысившая всякие пределы гравитация, методом исключения вещество «замораживается» уже почти вне пределов пространства и времени, — но только «почти», — на границе объекта.Источник: «Цитадель адеквата»
Опубликовано 08 декабря 2021 Комментариев 0 | Прочтений 714
Все за сегодня
Политика
Экономика
Наука
Война и ВПК
Общество
ИноБлоги
Подкасты
Мультимедиа
Как умирают черные дыры
Черные дыры, самые плотные, самые массивные объекты во Вселенной, могут существовать очень долгое время, но они не вечны. Вот, что с ними происходит
«Сядьте перед фактом, как маленький ребенок, будьте готовы отказаться от всех заранее предуготовленных представлений, смиренно следуйте за природой, в какую бы пропасть она вас ни завела, иначе вы ничему не научитесь», — Томас Хаксли (T.H. Huxley).
Когда речь заходит о черных дырах, вы, вероятнее всего, представляете себе эти сверхплотные и сверхмассивные участки пространства, от которых ничто не может ускользнуть. Ни материя, ни антиматерия, ни даже свет! Вы также, возможно, размышляете над тем, как они продолжают питаться тем, что имеет несчастье оказаться внутри них, в том числе темной материей. Тем не менее, в какой-то момент все черные дыры во Вселенной не только перестают расти, но и начинают уменьшаться и терять массу до тех пор, пока они полностью не испарятся! На этой неделе в рубрике вопросов к Этану мы попытаемся ответить на письмо Павла Жужельского (Paweł Zuzelski), в котором он спрашивает следующее:
В объяснениях излучения Хокинга я часто встречаю следующие строки: «На горизонте событий рождается пара виртуальных частиц. Одна частица попадает внутрь чёрной дыры, а другая улетает, унося с собой часть массы дыры». Обычно рядом с этими строками мелким шрифтом указано, что это является упрощением. Такое объяснение на самом деле, должно быть, представляет собой чрезмерное упрощение: если одна из частиц попадает в черную дыру, то масса последней должна увеличиться на массу этой частицы. В чем тут фокус?
Это чрезвычайно сложная тема, тем не менее, это именно та тема, в которой мы разбираемся. Давайте начнем с объяснения того, что из себя представляет вакуум.
В общей теории относительности пространство и время тесным образом связаны и образуют четырехмерную структуру пространственно-временного континуума. Если вы возьмете все частицы во Вселенной и удалите их на бесконечно далекое расстояние от того района, где мы находимся, если вы примете тот факт, что пространство постоянно расширяется, если вы также удалите все формы излучения и внутреннюю кривизну самого пространства, вы будете вправе сказать, что вы создали плоское пустое пространство.
Но когда вы задумаетесь над тем, что мы живем во Вселенной, где всеми частицами и их взаимодействиями управляет квантовая теория поля, вам придется признать, что, даже если убрать все физические частицы, то физические поля, управляющие их взаимодействиями, все равно останутся. И одним из следствий этого становится тот факт, что то, что мы считаем «плоским пустым пространством», на самом деле не является некой постоянной величиной, лишенной всякой энергии. В этом смысле правильнее было бы рассматривать плоское пустое пространство как квантовый вакуум, в котором присутствует множество квантовых полей.
Возможно, вы слышали о гипотезе о том, что на квантовом уровне Вселенной мы порой сталкиваемся с внутренними неопределенностями, когда речь заходит о конкретных величинах. Мы не можем одновременно знать и месторасположение частицы, и ее импульс, и чем точнее мы измеряем одну из этих величин, тем более неопределенной становится другая. То же самое соотношение неопределенностей применимо к энергии и времени, и это крайней важно.
Если вы посмотрите на то, что считаете абсолютно пустым пространством или вакуумом, но посмотрите на него в течение одного конкретного мгновения, вы должны помнить, что мгновение — это бесконечно малый промежуток времени. В силу действия принципа соотношения неопределенностей общее количество энергии в вашем (даже пустом!) пространстве в этот момент будет чрезвычайно неопределенным. Это значит, что в принципе там могут находиться пары частица-античастица, которые существуют на протяжении самых коротких мгновений в каждый конкретный период времени, при условии что они подчиняются всем известным законам сохранения, действующим в физической Вселенной.
Мы часто слышим, что этот процесс описывается как процесс «появления и исчезновения пар частица-античастица в квантовом вакууме», и хотя такое объяснение можно назвать вполне наглядным, на самом деле все происходит не совсем так. Речь не идет о реальных частицах в том смысле, что если вы пропустите фотон или электрон через этот участок пространства, он не сможет оттолкнуться от этой частицы квантового вакуума. Вместо этого такое объяснение дает нам возможность увидеть некую внутреннюю «возбудимость» квантового вакуума и представить себе, что существует некий резервуар виртуальных частиц, позволяющий нам рассматривать энергию, присущую самому вакууму, как сумму энергий всех этих виртуальных частиц.
Я скажу это еще раз, потому что это важно: вакууму присуща энергия, если мы рассмотрим все квантовые флуктации, присущие этому вакууму, и суммируем их, то мы получим его энергию.
Давайте двигаться дальше. Представим себе, что вместо плоского и пустого пространства наше пространство является пустым, но уже искривленным, то есть что существует некий градиент в гравитационном поле пространства.
Как теперь будут выглядеть квантовые флуктуации? В частности, если пространство искривляется в силу присутствия черной дыры, как будут выглядеть эти флуктуации внутри и за пределами горизонта событий?
Это очень важные вопросы, и чаще всего в ответ на них вы получаете ту картину (довольно обманчивую), которая представлена ниже — в сущности, Павел спрашивает нас именно об этом.
Если вы рассматриваете пары частица-античастица как «реальные» объекты и если одна из них ускользает от горизонта событий черной дыры, а другая попадает в него, тогда вы предполагаете, что энергия Вселенной должна увеличиться за счет энергии частиц: половина энергии уходит вовне, а половина добавляется к массе черной дыры. Но эти пары частица-античастица не являются реальными объектами, это всего лишь визуализация (и способ расчета) энергии, присущей самому пространству.
Суть в том, что, когда пространство искривлено, то, как я писал выше, существует некий градиент гравитационного поля. У нас есть флуктуации, которые помогают нам визуализировать энергию, присущую вакууму, но должны быть также флуктуации, которые начинаются за пределами горизонта событий черной дыры и которые попадают внутрь горизонта событий раньше, чем они могут исчезнуть. Но нельзя просто так забрать энергию у вакуума: должно произойти что-то, что поможет сохранить ее. Таким образом, каждый раз, когда виртуальная частица (или античастица) исчезает, должен появиться реальный фотон (или набор фотонов), чтобы компенсировать его исчезновение. И именно этот реальный фотон, покидающий горизонт событий, и есть то, как черная дыра лишается своей энергии.
То, как мы воспринимали этот процесс прежде — то есть когда одна частица пары частица-античастица попадала внутрь дыры, а другая — за ее пределы — слишком наивно, чтобы оказаться полезным, потому что угасание черных дыр вызывают не частицы и античастицы, а скорее фотоны, следующие спектру абсолютно черного тела.
Более правдоподобная картина (лично я предпочитаю именно ее), которая, тем не менее, тоже немного наивна, заключается в том, что все эти квантовые флуктуации сохраняются, но что каждый раз, когда возникает пара частица-античастица, одна из частиц которой попадает внутрь горизонта событий, возникает аналогичная пара частица-античастица, противоположная частица которой также попадает внутрь горизонта событий. Пара частица-античастица, оказавшаяся за пределами горизонта событий, исчезает, выделяя реальные, обладающие энергией фотоны, а частицы, которые попадают внутрь горизонта событий, забирают у черной дыры соответствующее количество массы (E = mc^2).
Это не является идеальной аналогией (потому что это всего лишь аналогия), но, по крайней мере, на этот раз мы говорим о том, что горизонт событий покидают именно фотоны — как раз это предсказывает теория излучения Хокинга. На самом деле — хотя вам придется выполнить вычисления в рамках квантовой теории поля в искривленном пространстве, чтобы это выяснить — теория излучения Хокинга предполагает, что вы получите фотонный спектр абсолютно черного тела с температурой, вычисляемой по сложной формуле, и эта температура составляет менее 1 микрокельвина для черной дыры такой же массы, как наше солнце, менее 1 пикокельвина для черной дыры, находящейся в центре нашей галактики, и всего лишь несколько десятых аттокельвина для самой большой черной дыры, известной людям. Такие скорости угасания черных дыр, которым соответствует это излучение, являются ничтожно малыми, и это значит, что черные дыры продолжат расти до тех пор, пока они будут поглощать всего один протон на то количество времени, в течение которого существует наша Вселенная. То есть это будет происходить в течение 10^20 с лишним лет.
Потом вследствие излучения Хокинга черные дыры, масса которых равна массе Солнца, наконец, начнут терять больше энергии, чем они будут поглощать, и полностью они испарятся через
10^67 лет, а самые большие черные дыры во Вселенной исчезнут спустя примерно
10^100 лет. Это намного больше возраста нашей Вселенной, тем не менее, это не бесконечность. И исчезнут они благодаря механизму излучения фотонов в процессе излучения Хокинга.
Подведем итоги: вакуум обладает нулевой энергией, которая на самом деле не нулевая, и в искривленном пространстве это приводит к возникновению чрезвычайно низкоэнергетического спектра излучения абсолютно черного тела, который образуется прямо на горизонте событий черной дыры. Это излучение забирает массу у центральной черной дыры и приводит к тому, что горизонт событий со временем немного сокращается. Если вы настаиваете на том, что источником этого излучения являются пары частица-античастица, пожалуйста, по крайней мере, представляйте себе сразу две такие пары, чтобы частица одной пары и античастица другой могли исчезнуть, породив при этом реальные фотоны, которые покидают черную дыру, и чтобы та (виртуальная) пара, которая попадет в нее, забрала энергию (или массу) у самой черной дыры.
Материалы ИноСМИ содержат оценки исключительно зарубежных СМИ и не отражают позицию редакции ИноСМИ.
Как умирают черные дыры?
Самыми таинственными объектами во Вселенной по праву можно назвать черные дыры – области пространства-времени гравитация которых настолько сильна, что ничто, даже свет, не может их покинуть. Интересно, что на просторах бесконечной Вселенной существуют черные дыры, масса которых превышает массу Солнца в пять-сто раз, но есть и такие, чья масса превышает миллиард солнечных. Сегодня астрономы считают, что сверхмассивные черные дыры скрываются в сердце большинства галактик, отмечая при этом, что Вселенная находится в так называемой «звездной эре» – этапе эволюции Вселенной, во время которого звезды и галактики рождаются непрерывно. Но что лежит за границей звездной эры? Исследователи полагают, что в конечном итоге все ингредиенты для создания черных дыр будут исчерпаны, а звезды в ночном небе медленно погаснут, превратив тем самым черные дыры в единственных обитателей Вселенной. Но даже эти космические монстры не могут существовать вечно. Когда-нибудь и они погибнут, озарив, на прощание, пустое и безжизненное пространство фейерверком.
Доказать существование черных дыр ученым удалось совсем недавно.
Как появляются черные дыры?
Та часть вещества, которую не выбросило в межзвездную среду, как правило, преобразуется либо в компактный объект – нейтронную звезду (в случае, если масса звезды до взрыва составляла более 8 солнечных масс), либо в черную дыру – область пространства-времени, в которой всем управляет ее величество гравитация (в случае, если масса оставшегося после взрыва ядра превышает солнечную в пять раз).
Так выглядит вспышка сверхновой в объективе космического телескопа NASA Hubble.
Как отмечают астрономы, подобная связь между рождением черной дыры и смертью звезды, которая ее образовала, довольно распространенное явление во Вселенной. Особенно близки черные дыры с другими звездами в тех ее уголках, где звездообразование происходит с высокой скоростью. Напомним также, что звездообразование является крупномасштабным процессом, в ходе которого из межзвездного газа в галактике начинают массово формироваться звезды.
Хотите всегда быть в курсе последних новостей из мира астрономии и физики? Подписывайтесь на наш новостной канал в Telegram чтобы не пропустить ничего интересного!
Эволюция черных дыр
Итак, после рождения черной дыры в результате гибели массивной звезды, ее главным занятием становится поглощение любых объектов, оказавшихся поблизости. В некоторых случаях поглощенный материал (газ и звезды) окружает этих космических монстров, двигаясь все быстрее и скапливаясь вокруг. Так как трение между пылью генерирует тепло, аккреционный диск черной дыры начинает светиться, очерчивая ее тень или горизонт событий. Именно его в 2019 году удалось сфотографировать ученым, о чем подробно рассказал мой коллега Николай Хижняк в своем материале.
Но помимо того, что горизонт событий окружает черную дыру, он также является ключом к ее гибели. Все потому, что любой поглощенный черной дырой материал пропадает навсегда, по крайней мере, это следует из нашего понимания гравитации. Однако эта так называемая точка невозврата не учитывает квантовую механику – да, да, физики по-прежнему трудятся над созданием единой теории квантовой гравитации и, кстати, недавно добились довольно интересных результатов.
Стивен Хокинг – английский физик-теоретик, космолог и астрофизик. Хокинг первым изложил космологическую теорию, в которой были объединены представления общей теории относительности и квантовой механики.
Исследователи сравнивают этот процесс с песочными часами, где песок наверху – это количество времени, оставшееся у черной дыры. Поглощая все больше звезд и газа, прожорливый космический монстр продолжает добавлять песчинки в «тикающие» песочные часы, даже когда отдельные частицы просачиваются наружу. Но по мере старения Вселенной материал вокруг черной дыры иссякнет, знаменуя ее неминуемую погибель.
Кстати, самая мощная из когда-либо зарегистрированных сверхновых (ASSASN-15lh) сегодня считается в 22 триллиона раз более взрывоопасной, чем черная дыра в ее последние мгновения. А как вы думаете, каким будет конец Вселенной? Ответ будем ждать здесь, а также в комментариях к этой статье.
Спросите Итана №57: как умирают чёрные дыры?
Самые плотные и массивные объекты Вселенной живут ужасно долго, но не вечно. И вот, что с ними случается
Перед фактом сядьте, словно ребёнок, и приготовьтесь расстаться с любым предубеждением, следуя скромно куда и к чему бы не привели бездны природы, или же вы ничему не научитесь.
— Т. Г. Хаксли
Представляя себе чёрные дыры вы, наверно, думаете о сверхплотных и очень массивных участках пространства, откуда ничто не может убежать. Ни материя, ни антиматерия, ни даже свет! Вы также можете думать, что они продолжают питаться всем, чему не посчастливилось столкнуться с ними, даже тёмной материей. Но в какой-то момент любая чёрная дыра во Вселенной не только закончит расти, но и начнёт уменьшаться, терять массу, до тех пор, пока не испарится полностью! На этой неделе в нашей колонке мы ответим на вопрос Павла Жужельского, который спрашивает:
Я часто видел объяснения излучения Хокинга типа: «пары виртуальных частиц появляются на горизонте событий. Одна падает в дыру, другая убегает, унеся с собой частичку массы дыры». И обычно мелким шрифтом указано, что это – упрощение. Наверно, это так и есть – ведь если одна из частиц падает в дыру, её масса должна увеличиваться на массу частицы. В чём подвох?
Это очень сложная тема, но такая, которую мы понимаем. Начнём с обсуждения того, как выглядит пустое пространство.
В общей теории относительности пространство и время имеют запутанную связь, и формируют четырёхмерную ткань пространства-времени. Если вы уберёте все частицы во Вселенной на бесконечно большое расстояние от нужной вам точки, если вы уберёте факт расширения пространства из уравнений, если вы также устраните все виды излучений, и присущую космосу кривизну – вы сможете заявить, что создали плоское пустое пространство.
Но когда вы начинаете принимать во внимание, что живёте во Вселенной, где всеми частицами и их взаимодействиями управляет квантовая теория поля, вам придётся признать, что даже в отсутствие физических частиц, физические поля, управляющие их взаимодействиями, никуда не денутся. Одним из последствий этого будет то, что сущность, которую мы представляем себе, как «плоское пустое пространство», не избавлено от энергии. Вместо этого нужно представлять себе плоское пустое пространство как квантовый вакуум, где повсюду есть квантовые поля.
Вам может быть знакомой идея, что на квантовых масштабах во Вселенной существуют присущие пространству неопределённости конкретных параметров. Мы не можем одновременно знать расположение и импульс частицы, и чем лучше измеряем один из них, тем больше неопределённость у второго. Такое же взаимоотношение неопределённостей свойственно энергии и времени, что для нас сейчас важно.
Если вы наблюдаете за тем, что представляете себе, как пустое пространство, но при этом наблюдаете за этим в определённый момент времени, вам нужно учесть, что момент – это бесконечно малый промежуток времени. Из-за этого взаимоотношения неопределённостей существует огромная неопределённость в общем количестве энергии, содержащемся даже в пустом пространстве в это время. Это значит, что там может, в принципе, быть несколько пар из частиц и античастиц, существующих на очень кратких промежутках времени, пока они подчиняются известным законам сохранения, действующим в физической Вселенной.
Мы часто слышим объяснение вроде «пары частица-античастица возникают и исчезают в квантовом вакууме», и хотя такое объяснение довольно наглядно, на самом деле происходит не совсем это. Там нет настоящих частиц, в том смысле, что если вы запустите фотон или электрон через эту область пространства, они никогда не отразятся от частицы квантового вакуума. Это описание даёт нам возможность заглянуть в присущую квантовому вакууму «дрожь», и показывает, что там есть резервуар виртуальных частиц, позволяющий нам трактовать присущую пустому пространству энергию как сумму всех этих виртуальных частиц.
Повторюсь, так как это важно: существует энергия, присущая самому пустому пространству, и её можно представить, как сумму квантовых флуктуаций, присущих этому пространству.
Пойдём дальше. Представим, что пространство, вместо того, чтобы быть плоским и пустым, всё ещё пустое, но уже искривлено – то есть, в гравитационном поле космоса существуют отклонения.
Как будут выглядеть наши квантовые флуктуации? В частности, если мы позволим пространству искривляться из-за присутствия чёрной дыры, как они будут выглядеть снаружи и внутри горизонта событий?
Вопросы хорошие, и чаще всего в поисках ответа вы увидите следующую (неправильную) картинку, которая являет собою суть вопроса Павла:
Если представлять себе пары частица/античастица как реальные, и если одна убежит от чёрной дыры, а другая упадёт за горизонт событий – то получится, что во Вселенной прибавилось энергии: половина вне чёрной дыры и половина к массе чёрной дыры. Но эти пары частиц и античастиц не являются реальными, а представляют собою лишь способ визуализации и подсчёта энергии, присущей пространству.
Дело в том, что при искривлённом пространстве, как вы помните, существуют отклонения гравитационного поля. Мы используем флуктуации для помощи в визуализации энергии, присущей пустому пространство, но могут возникать флуктуации, начинающиеся снаружи горизонта событий, которые попадут внутрь горизонта, не успев ре-аннигилировать. Но нельзя украсть энергию у пустого пространства – что-то должно случиться, чтобы её сохранить. Поэтому каждый раз, когда виртуальная частица (или античастица) падает внутрь, настоящий фотон (или их набор) должен появиться для компенсации. И этот реальный фотон, покидающий горизонт событий, и уносит энергию от чёрной дыры.
Тот способ, который мы ранее использовали для визуализации процесса, когда одна из пары частиц падала, а другая – убегала, слишком наивен, чтобы быть полезным, поскольку уменьшению чёрных дыр способствуют не частицы или античастицы, а фотоны, соответствующие спектру чёрного тела.
Я предпочитаю картинку получше, хотя она всё равно ещё довольно наивна. Представьте квантовые флуктуации, при которых каждый раз, когда у вас появляется пара частица-античастица, из которых одна падает внутрь, появляется ещё одна пара частица-античастица, у которой внутрь падает другая. Оставшаяся снаружи пара из частицы и античастицы аннигилирует, испуская реальные фотоны, а те, что падают внутрь, забирают соответствующее количество массы (Е = мс 2 ) у чёрной дыры.
Это всё ещё не идеальная аналогия (потому что это всего лишь аналогия), но, по крайней мере горизонт событий в ней покидают фотоны, что соответствует предсказаниям излучения Хокинга. Фактически – хотя вам придётся провести подсчёты квантовой теории поля в искривлённом пространстве-времени, чтобы это выяснить – излучение Хокинга предсказывает, что спектр фотона будет соответствовать абсолютно чёрному телу с температурой, заданной:
что даст температуру меньше одного микроКельвина для чёрной дыры массой равной массе Солнца, меньше одного пикоКельвина для чёрной дыры в центре нашей галактики, и всего лишь несколько десятых от аттоКельвина для самой крупной из известных чёрных дыр. Скорость уменьшения, которому соответствует это излучение, настолько мало, что чёрные дыры будут расти, даже если они будут поглощать один протон за промежуток времени, сравнимый с возрастом нашей Вселенной – это будет продолжаться ещё примерно 10 20 лет.
После этого чёрные дыры массой с Солнце, наконец, начнут терять из-за излучения Хокинга в среднем больше энергии, чем поглощают, и полностью испарятся через 10 67 лет, а самые крупные из них – через 10 100 лет. Это может сильно превышать возраст Вселенной, но это и не вечность. А уменьшаться они будут благодаря излучению Хокинга, испуская фотоны.
В итоге: у пустого пространства есть энергия нулевого уровня, которая не равна нулю, а в искривлённом пространстве на горизонте событий чёрной дыры появляется низкоэнергетический спектр излучения абсолютно чёрного тела. Это излучение отнимает массу у чёрной дыры и слегка сжимает горизонт событий со временем. Если вы настаиваете на представлении источника этого излучения в виде пар частица/античастица, хотя бы представляйте по две пары за раз. Тогда частица от одной пары и античастица от другой аннигилируют, создавая реальные фотоны, покидающие чёрную дыру, а другая виртуальная пара частиц падает в дыру и забирает её энергию (или массу).
Вот так чёрные дыры и умрут! Спасибо за отличный вопрос, Павел, и если у вас есть вопросы или предложения, отправляйте их мне.