Неотдавнашна книга на Стивън Хокинг предизвика доста вълнение, дори водещи Nature News да заявят, че няма черни дупки. Както писах в по-ранен пост, Хокинг не е точно това. Но вече е ясно, че твърдението на Хокинг за черни дупки е погрешно, тъй като парадоксът, в който се опитва да се справи, не е парадокс в края на краищата.
Всичко се свежда до това, което е известно като парадокс на защитната стена за черните дупки. Централната особеност на черната дупка е нейният хоризонт на събитията. Хоризонтът на събитията на черна дупка е принципът на невъзвръщане при приближаване до черна дупка. В теорията на Айнщайн за общата относителност хоризонтът на събитията е мястото, където пространството и времето са толкова изкривени от гравитацията, че никога не можете да избягате. Прекоси хоризонта на събитията и завинаги си хванат в капан.
Този еднопосочен характер на хоризонта на събитията отдавна е предизвикателство за разбирането на гравитационната физика. Например, изглежда, че хоризонтът на събитията в черна дупка нарушава законите на термодинамиката. Един от принципите на термодинамиката е, че нищо не трябва да има температура абсолютна нула. Дори много студени неща излъчват малко топлина, но ако една черна дупка хване светлина, тя не излъчва никаква топлина. Така че една черна дупка би имала нулева температура, която не би трябвало да е възможна.
Тогава през 1974 г. Стивън Хокинг демонстрира, че черните дупки излъчват светлина поради квантовата механика. В квантовата теория има ограничения за това, което може да се знае за даден обект. Например, не можете да знаете точната енергия на обекта. Поради тази несигурност, енергията на една система може да се колебае спонтанно, стига средната й стойност да остане постоянна. Това, което Хокинг демонстрира, е, че в близост до хоризонта на събитията на черни дупки могат да се появят двойки частици, при които една частица да се хване в хоризонта на събитията (леко да намали масата на черните дупки), докато другата може да избяга като радиация (отнема малко от енергия на черна дупка).
Докато радиацията на Хокинг реши един проблем с черните дупки, той създаде друг проблем, известен като парадокс на защитната стена. Когато квантовите частици се появяват по двойки, те се заплитат, което означава, че са свързани по квантов начин. Ако едната частица е уловена от черната дупка, а другата избяга, тогава заплетената природа на двойката се нарушава. В квантовата механика бихме казали, че двойката частици се появява в чисто състояние и хоризонтът на събитията изглежда ще прекъсне това състояние.
Миналата година беше показано, че ако радиацията на Хокинг е в чисто състояние, то или тя не може да излъчва по начина, изискван от термодинамиката, или ще създаде защитна стена от високоенергийни частици близо до повърхността на хоризонта на събитията. Това често се нарича парадокс на защитната стена, тъй като според общата относителност, ако случайно сте близо до хоризонта на събитията на черна дупка, не трябва да забележите нищо необичайно. Основната идея за общата относителност (принцип на еквивалентност) изисква, ако свободно падате към близо до хоризонта на събитията, не трябва да има бушуваща защитна стена от високоенергийни частици. В своя документ Хокинг предложи решение на този парадокс, като предложи, че черните дупки нямат хоризонт на събитията. Вместо това те имат видими хоризонти, които не изискват защитна стена, за да се подчиняват на термодинамиката. Оттук и обявяването на „няма повече черни дупки“ в популярната преса.
Но парадоксът на защитната стена възниква само ако радиацията на Хокинг е в чисто състояние, а документ от миналия месец от Сабин Хосенфелдер показва, че радиацията на Хокинг не е в чисто състояние. В своята книга Хосенфелдер показва, че вместо да се дължи на двойка заплетени частици, радиацията на Хокинг се дължи на две двойки оплетени частици. Едната заплетена двойка се хваща в капан от черната дупка, докато другата заплетена двойка избяга. Процесът е подобен на първоначалното предложение на Хокинг, но частиците на Хокинг не са в чисто състояние.
Така че няма парадокс. Черните дупки могат да излъчват по начин, който е съгласен с термодинамиката, а регионът близо до хоризонта на събитията няма защитна стена, точно както изисква общата относителност. Така че предложението на Хокинг е решение на проблем, който не съществува.
Това, което представих тук, е много груб преглед на ситуацията. Разгледах някои от по-фините аспекти. За по-подробен (и забележително ясен) преглед вижте публикацията на Итън Сейджъл в блога му Започва с взрив! Вижте и публикацията в блога на Сабин Хосенфелдер, Back Reaction, където тя сама говори за проблема.
