Čierne diery patria medzi najfascinujúcejšie a najzáhadnejšie objekty vesmíru. Sú to masívne objekty s povesťou nemilosrdných požieračov, ktoré vznikajú ako výsledok gravitačného kolapsu extrémne hmotných telies. Stephen Hawking, jeden z najgeniálnejších vedcov v histórii, zmenil náš pohľad na tieto objekty v polovici 70. rokov minulého storočia, keď na ne aplikoval zákonitosti kvantovej mechaniky.
Podstata Hawkingovho žiarenia
V roku 1974 Stephen Hawking sformuloval prevratnú hypotézu, ktorá naznačuje, že čierne diery nie sú celkom „čierne“. Podľa jeho teórie v určitom bode časopriestoru vzniká virtuálny pár častíc - častica a antičastica. Ak k tomuto javu dôjde tesne za horizontom udalostí, jeden z členov dvojice môže spadnúť do čiernej diery, zatiaľ čo druhý unikne do okolitého priestoru.
Tento proces, známy ako Hawkingovo žiarenie, v súčasnom poňatí nenesie žiadnu informáciu o vnútri čiernej diery, pretože je tepelné. Dôsledkom tohto procesu je pomalé vyparovanie hmoty čiernej diery. Hoci sú tieto efekty zanedbateľné pre veľké astronomické čierne diery, sú významné pre hypotetické miniatúrne čierne diery, kde dominujú účinky kvantovej mechaniky. Predpokladá sa, že malé čierne diery sa vyparujú rýchlo a nakoniec môžu úplne zmiznúť pri výbuchu žiarenia.
Termodynamika a entropia čiernych dier
Základom Hawkingových úvah bol objav Jacoba Bekensteina, ktorý navrhol, že entropia čiernej diery je priamo úmerná ploche jej horizontu udalostí. Z prvého zákona mechaniky čiernych dier vyplýva, že entropia čiernej diery sa rovná 1/4 plochy horizontu udalostí. Tento všeobecný výsledok je aplikovateľný aj na kozmologické horizonty. Neskôr bolo navrhnuté, že čierne diery sú objekty s maximálnou entropiou, čo znamená, že maximálna entropia oblasti vesmíru je entropia najväčšej čiernej diery, ktorá sa do nej vojde.
| Vlastnosť | Popis |
|---|---|
| Entropia | Priamo úmerná ploche horizontu udalostí (1/4 plochy). |
| Teplota | Klesá s narastajúcou hmotnosťou (veľké diery sú chladnejšie). |
| Vývoj | Čierne diery sa postupne vyparujú a strácajú hmotu. |
Informačný paradox a súčasný výskum
Hawkingovo žiarenie so sebou prinieslo závažný problém: informačný paradox. Kvantová mechanika tvrdí, že informácia o hmote nemôže byť nikdy zničená. Ak by sa čierna diera úplne vyparila, kam by sa podela informácia, ktorú pohltila? Leonard Susskind a ďalší fyzici navrhli, že informácia by mohla byť zakódovaná v kvantovom stave radiácie prostredníctvom prepojenia častíc (kvantové previazanie).
V roku 2004 Stephen Hawking prezentoval nový argument, že čierne diery predsa len emitujú informácie o tom, čo pohlcujú, prostredníctvom kvantových perturbácií na horizonte udalostí. Nové výskumy z roku 2022 (tím z University of Sussex) potvrdili, že čierne diery sú komplexnejšie termodynamické systémy. Vedci pri výpočtoch kvantovej gravitačnej korekcie zistili prítomnosť negatívneho tlaku, čo naznačuje, že čierna diera sa skutočne zmenšuje, čo je v súlade s Hawkingovými predpokladmi.
Zomrieš na "špagetizáciu": Najdesivejší fenomén vo vesmíre I Vedátor, Samuel Kováčik NERUDACAST 89
Napriek tomu, že Stephen Hawking zomrel v roku 2018, jeho odkaz žije ďalej v moderných teóriách, ako sú napríklad Planckove hviezdy alebo koncepty „fuzzballov“ v teórii strún, ktoré sa snažia odstrániť singularitu a vysvetliť zánik čiernych dier bez porušenia základných fyzikálnych zákonov.