Вселената се разпада много по-бързо, отколкото се смяташе досега. Това е видно от изчисленията на трима учени от Наймеген върху така нареченото лъчение на Хокинг. Те изчисляват, че последните остатъци от звезди се разпадат за около 10^78 години (единица със 78 нули). Това е много по-кратко от преди определените 10^1100 години (1 с 1100 нули).

На 12 май изследователите са публикували своите открития, с намигване и същевременно сериозно като смъртта, в Journal of Cosmology and Astroparticle Physics.

Изследването на експерта по черни дупки Хайно Фалке (Heino Falcke), квантовия физик Михаел Вондрак (Michael Wondrak) и математика Валтер ван Суйлеком (Walter van Suijlekom) всички от Университета Радбауд е продължение на публикация на тримата от 2023 г.

В нея те обясняват накратко, че не само черните дупки, но и други обекти, като неутронните звезди, могат да се "изпаряват" чрез процес, сравним с лъчението на Хокинг. След тази публикация изследователите получават много въпроси от науката и извън нея относно това колко време ще е нужно за този процес. Сега те са разгледали това по-подробно в новата си публикация.

Краят на Вселената

Изследователите изчисляват, че краят на Вселената, ако се вземе предвид само радиация, подобна на тази на Хокинг, ще настъпи след около 10^78 години (единица със 78 нули). Това е времето, необходимо на белите джуджета, най-устойчивите небесни обекти, да се разпаднат чрез радиация, подобна на тази на Хокинг. Предишни изследвания, които не са вземали предвид радиацията на Хокинг, са стигали до 10^1100 години за белите джуджета (1 с 1100 нули).

"Крайният край на Вселената ще дойде много по-рано от очакваното, но за щастие все пак ще отнеме много дълго време", казва водещият автор Хайно Фалке.

Изследователите са направили изчисленията си много сериозно, но и с някакво намигване. Основата е преосмислянето на лъчението на Хокинг.

През 1975 г. физикът Стефан Хокинг изказва хипотезата, че противно на това, което диктува теорията на относителността, частиците и радиацията могат да излизат от черна дупка. На ръба на черна дупка могат да се образуват двойка мимолетни частици, като едната частица бива засмукана в черната дупка, а другата частица излиза, преди частиците да се слеят отново.

Едно от последствията от това лъчение на Хокинг е, че черната дупка много бавно се разтваря на радиация и частици. Това противоречи на теорията на относителността на Алберт Айнщайн, която гласи, че черните дупки могат само да растат.

Неутронна звезда, бавна колкото черна дупка

Изследователите изчисляват, че процесът на лъчение на Хокинг работи по принцип и за други обекти с гравитационно поле. Освен това, изчисленията показват, че "времето за изпаряване" на даден обект по принцип зависи само от неговата плътност.

За изненада на изследователите, неутронните звезди и звездните черни дупки се разпадат за еднакво време: 10^67 години. Това беше неочаквано, защото черните дупки имат по-силно гравитационно поле и това би трябвало да осигури по-бързо "изпаряване".

"Но черните дупки нямат повърхност", отбелязва съавторът и постдокторант Майкъл Уондрак, "Те реабсорбират част от собствената си радиация. Това забавя процеса."

Концепция на художник за неутронна звезда, която бавно се "изпарява" поради радиация, подобна на тази на Хокинг. Кредит: Daniëlle Futselaar/artsource.nl

Много подобно явление хипотетично се наблюдава в електрическите полета. Известен като ефекта на Швингер, достатъчно силни колебания в електрическо квантово поле могат да нарушат баланса на виртуалните електронно-позитронни частици, като накарат някои от тях да се появят. За разлика от лъчението на Хокинг обаче ефектът на Швингер не се нуждае от хоризонт - само от изключително мощно поле.

Ефектът на Швингер

Ефектът на Швингер е теоретично прогнозиран от квантовата електродинамика физически феномен, при който материята се създава от силно електрическо поле. Нарича се също и производство на двойки на Швингер. При него двойки електрон – позитрон се създават спонтанно в присъствието на електрическо поле, като по този начин причиняват разпадане на електрическото поле.

В присъствието на силно, постоянно електрическо поле, електрони, e−, и позитрони, e+, ще се създават спонтанно. Кредит: Wikimedia Commons CC BY-SA 4.0 Ефектът на Швингер може да се разглежда като вакуумно разпадане в присъствието на електрическо поле. Въпреки че идеята за вакуумно разпадане предполага, че нещо е създадено от нищото, физическите закони за запазване все пак се спазват. За да се уверите в това, имайте предвид, че електроните и позитроните са античастици един на друг, с идентични свойства, с изключение на противоположния електрически заряд.

Човек и Луна: 10^90 години

Между другото изследователите са изчислили и колко време ще е нужно на Луната и хората да се изпарят чрез радиация, подобна на тази на Хокинг. Това са 10^90 години (една единица с 90 нули). Разбира се, както посочват изследователите, има и други процеси, които ще доведат до по-бързо изчезване на хората и Луната от изчисленото.

Съавторът Валтер ван Суйлеком, професор по математика в университета Радбауд, добавя, че изследването е вълнуващо сътрудничество между различни дисциплини и че комбинирането на астрофизика, квантова физика и математика води до нови прозрения.

"Като задаваме подобни въпроси и разглеждаме екстремни случаи, се надяваме да разберем по-добре теорията и може би един ден да разгадаем мистерията на лъчението на Хокинг."

Все пак имаме още време за убиване, преди всички да изчезнем в студено кълбо светлина.