Хокинг радиациясы

Хокинг радиациясы (ағылш. Hawking radiation) — қарапайым бөлшектердің қара құрдымдар (қара жырықтар) тарапынан сәулеленуінің гипотезалық процесі. Бұл құбылыс заманауи теориялық физикадағы кванттық механика мен жалпы салыстырмалылық теориясының түйіскен тұсын зерттеуде маңызды рөл атқарады.

Тарихы

Кванттық туннельдеу арқылы қара құрдымдардың бөлшектер бөліп шығару мүмкіндігі туралы алғашқы идеялар В. Грибов және Я. Зельдовичпен болған талқылаулар кезінде айтылды. Стивен Хокинг өз жұмысын жарыққа шығарғанға дейін, 1973 жылы Мәскеуде болып, кеңес ғалымдары Яков Зельдович және Алексей Старобинскиймен кездесті. Олар Хокингке кванттық механиканың белгісіздік қағидасына сәйкес, айналатын қара құрдымдар бөлшектер тудыруы және оларды бөліп шығаруы керек екенін теориялық тұрғыдан көрсетіп берді.

Қара құрдымдардың булануы

Қара құрдымдардың булануы — таза кванттық процесс болып табылады. Кванттық эффектілер назарға алынбайынша, классикалық физикада қара құрдымдар ештеңе бөлмейтін, тек айналасындағы заттар мен энергияны өзіне сіңіретін объект ретінде қарастырылды. Алайда кванттық механикада бөлшектердің классикалық жүйе жеңе алмайтын потенциалды кедергілерден өтуіне, яғни туннельдеу процесіне мүмкіндік пайда болады. Шын мәнісінде, кванттық әсерлердің нәтижесінде қара құрдымдар өздерінің энергиясын жоғалта отырып, тоқтаусыз сәуле шашуы тиіс.

Қара құрдым маңындағы жағдай келесідей сипатталады. Кванттық өріс теориясында физикалық вакуум аймағы ұдайы туылып және жойылып отыратын әртүрлі виртуалды бөлшектердің флуктуацияларына толы болады. Сыртқы күштер өрісінде бұл флуктуациялардың динамикасы өзгереді, ал егер сыртқы тартылыс күші тым қатты әсер етсе, вакуумнан нақты «бөлшек-антибөлшек» жұбы бөлініп шығады. Осындай процестер қара құрдымның оқиғалар көкжиегінің маңында да орын алады. Мұндай жағдайда жұптың бір бөлшегі қара құрдымның ішіне құлап, ал екіншісі сыртқа ұшып кетуі мүмкін.

Энергияның сақталу заңы бойынша қара құрдымға құлаған бөлшектің энергиясы теріс таңбалы болуы керек. Себебі сыртқы бақылаушы үшін ұшып кеткен бөлшек қолжетімді және оның энергиясы оң мәнге ие болады. Бұл процесті бөлшек пен антибөлшек жұбының пайда болуы үшін сыртқы вакуумның энергиясын «қарызға алу» деп те түсіндіруге болады. Қара құрдым болмаған кәдімгі жағдайда, олардың қайта аннигиляциялануы энергияны қоршаған ортаға қайтарады. Ал оқиғалар көкжиегінің шекарасында аннигиляция процесі орын алмайды. Нәтижесінде бөлшектің бірі қара құрдымның ішіне еніп, оның жалпы массасы мен энергиясын төмендетеді, ал екіншісі сыртқы бақылаушыға қарай бағытталады. Бұл құбылыстың тек радиация бөл бөлу фактісі ғана емес, сонымен қатар осы сәулеленудің таза жылулық спектрге ие болуы да ғылым үшін өте маңызды болып табылады.

Зерттеулер

Дауласуға шешім ретінде зерттеулік бақылаулар болуы қажет болған, бірақ астономдарға белгілі қара жырықтың сәулесін орналастыру үшін жырық өте үлкен, ал температура өте аз. Сондықтан да бұл гипотеза бақылау арқылы әлі күнге дейін дәлелденбеген. Жалпы салыстырмалы теория бойынша, білімі арқылы біріншілік қара жырықтардың пайда болып, бүгінгі күнге дейін булануын тоқтатуы керек болған. Осы біріншілік қара құрдымдардың біршама бөлігі біздің уақытқы дейін булануың тоқтату керек болған. Қара жырықтардың булану қарқындылығының артуы олардың мөлшемдерінің азаюуына байланысты болғандықтан, соңғы сатыда бұл қара жырық жарылысына әкеп соғуы керек.Бірақ осындай жарылыстар әлгі уақытқа дейін байқалған жоқ. Милан университетінің зертеушілері ақ жырыққа көкжиек негізінде физикалық эксперимент жасай отырып, Хокинг радиациясын зерттеуге күш салған 2014 жылы Израиль техника университетінің зерттеушісі - Джефф Штейнхаузер эксперимент жүзінде дыбыс толқындарың қолдана отырып, Хокинг радиациясын модельдеді.