Черната дупка се „изпарява“*

Георги Гълъбов – X клас, I място,
Национална търговско-банкова гимназия – София
Научен ръководител – Силвия Михайлова

Да видиш невидимото, да чуеш беззвучното, да докоснеш несъществуващото – това е същността на големите открития във физиката на ХХ век. Вникнеш ли в науката физика, осъзнаваш, че тя е нещо велико. Наука, с която в близко бъдеще ще може да променяме хода на времето и човечеството ще прониква все по-дълбоко в материята и все по-навътре във Вселената.
Тази моя сигурност се породи след изучаване постиженията на двама велики учени – Алберт Айнщайн и Стивън Хокинг.
Живели и творили в различни етапи от развитието на физиката: Алберт Айнщайн – в зараждането на квантовата физика, а Стивън Хокинг – в по-късен период. И двамата устремени към опознаване на безкрая и неговото начало.
Първо се спирам на Стивън Уилям Хокинг – астрофизик, автор на книги и статии за Вселената и нейното зараждане, който е и наш съвременник. Той се занимава основно с космология и квантова механика.
Едно от най-великите открития на Стивън Хокинг и Роджър Пенроуз е доказателството, което подкрепя теорията на Големия взрив. Те приемат верността на Теорията на относителността и доказват съществуването на една сингуларна точка във вселенското пространство-време. Тази точка има откритите от Стивън Хокинг характеристики на черна дупка. През 2020 г. Роджър
Пенроуз е удостоен с Нобелова награда за физика. Той стига до гениални математически методи за изследване на Общата теория на относителността – на Алберт Айнщайн, като показва, че следствие на теорията е образуването на черните дупки.
Стивън Хокинг открива лъчението, наречено „Лъчение на Хокинг“, което ще разберем, като изясним понятията: гравитационна сингуларност, черна дупка и елементарни частици.
Гравитационна сингуларност е точка с нулев обем и с безкрайна плътност. Според теорията гравитационна сингулярност се проявява във вътрешността на черните дупки или в началния момент на Големия взрив.
Черната дупка е област в пространство-времето, която не може да бъде напусната от нищо, дори от светлината. Общата теория на относителността предвижда, че достатъчно компактна маса би могла да деформира пространство-времето до такава степен, че да се образува черна дупка.
Във физиката на елементарните частици се е предполагало, че те са най-малките неделими късчета материя, които нямат
вътрешна структура, т.е. не са изградени от други, по-малки частици. След създаването на мощни ускорители на заредени частици става възможно да се предизвикат удари между частици с огромна кинетична енергия, при което се създават нови частици.
Лъчението на Хокинг е процес, при който черни дупки излъчват елементарни частици. Определението за черни дупки ги представя като област, която не може да бъде напусната от нищо, а лъчението на Хокинг е поток от елементарни частици, излъчвани от същите тези черни дупки.
Поражда се въпросът – съществува ли лъчението и как се обяснява то?
Приносът на Хокинг е, че теоретично доказва, че черните дупки изпускат лъчение, представляващо поток от елементарни частици. Той използва квантовата теория, която описва флуктуациите във вакуум. Според тази теория непрекъснато се образуват двойки виртуални частици, които след кратък интервал от време анихилират. Ако такава двойка виртуални частици се зароди близо до хоризонта на черна дупка, тя може да бъде разкъсана от приливните сили на черната дупка и една от двете частици да бъде погълната. Непогълнатата частица изглежда като излъчена от черна дупка и от виртуална става реална. За далечен наблюдател погълнатата частица е като частица с отрицателна енергия, т.е. нейното поглъщане би намалило масата на черната дупка. Според Закона за запазване на енергията при този процес масата на черната дупка намалява, т.е. черната дупка се „изпарява“.