Дослідження підтвердило теорію Хокінга про чорні діри

1971 року британський фізик Стівен Хокінг, використовуючи загальну теорію відносності Айнштайна, розробив власну теорему. Її суть полягає в тому, що чорна діра (точніше площа її поверхні) не може зменшуватися з плином часу.

Ця теорія паралельна другому закону термодинаміки, в якому йдеться про ентропію замкненої системи, яка теж не може зменшуватися з плином часу. Оскільки ентропія чорної діри пропорційна площі її поверхні, обидві величини мусять збільшуватися.

У міру того, як чорна діра поглинає дедалі більше матерії, її маса та площа поверхні зростають. З іншого боку, зі зростанням вона й обертається швидше, що фактично зменшує площу її поверхні. Теорема Хокінга  стверджує, що збільшення площі внаслідок збільшення маси завжди буде більшим, аніж зменшення площі внаслідок збільшення обертання.

Підтвердження цієї тези нещодавно опублікували у журналі Physical Review Letters, в статті, яка досліджує площу чорних дір та ентропію, яка тісно з нею пов’язана.

Висновок дослідників базується на основі даних про гравітаційні хвилі, що їх зчитали 2015 року завдяки обсерваторії LIGO Массачусетського інституту технологій.

Гравітаційні хвилі?

Гравітаційні хвилі — це «брижі» простору-часу, які передбачив Айнштайн ще 1916 року. Вони виникають в результаті бурхливих космічних процесів, зокрема від обертання масивних об’єктів типу нейтронних зір чи чорних дір. Немов камінчик, кинутий у сталу воду, вони викликають «хвильові зміни» у просторі-часі, що розповсюджуються у всіх напрямках.

За словами команди LIGO, ці космічні хвилі поширюються зі швидкістю світла, і містять інформацію про походження та природу поняття гравітації. Помічені LIGO хвилі утворилися 1,3 мільярда років тому двома велетенськими чорними дірами, які швидко оберталися назустріч одна одній.

Симуляція гравітаційних хвиль двох зливаних чорних дір, помічених 2015 року. Завдяки їй ми знаємо, що загальна площа чорних дір не зменшується з їхнім злиттям. Джерело: SIMULATING EXTREME SPACETIMES PROJECT

Сигнал цієї космічної польки дослідники розділили на дві частини — до та після злиття чорних дір. Це дозволило з’ясувати масу та обертання початкових чорних дір і параметрів того, що утворилося в результаті злиття. Завдяки цим даним науковці розрахували площі поверхні чорних дір до та після злиття.

На щастя, новоутворена чорна діра перебуває у «збудженому» стані — її можна вивчати, аналізуючи її коливання. Це дещо схоже на дослідження структури дзвона за специфічними тонами та протяжністю звуків.

Опісля кількох раундів математичних обчислень науковці підтвердили, що поверхня нової чорної діри була більшою за суму двох «початкових» чорних дір. Це прямо відповідає закону площі Хокінга, який ще на початку статті був теоремою.

За матеріалами: Tokar.ua