Hawking-sugárzás olyan megjósolt, de kísérlet vagy megfigyelés által még nem igazolt feketetest-sugárzás, amely a fekete lyukak eseményhorizontjának környezetében jön létre kvantummechanikai jelenségek miatt. A sugárzást Stephen Hawking angol elméleti fizikusról nevezték el, aki 1974-ben közölt tanulmányban vetette fel a jelenség elméleti lehetőségét. A Hawking-sugárzás miatt csökken a fekete lyuk energiája és tömege, ezt a jelenséget fekete lyuk párolgásának hívják.

Fekete lyuk

A fekete lyuk a téridő olyan tartománya, amelyik nem tud a szokásos módon kommunikálni a külső univerzummal. Kívülről részecskék bejuthatnak, de a lyukban olyan erős a gravitációs tér, hogy belülről semmi nem kerül ki. Mivel fény sem jöhet ki, kívülről a lyuk nem látható, egy fekete hézag az űrben. A tartomány határa a fekete lyuk felülete, amit eseményhorizontnak neveznek.^[1]

A fekete lyuk fogalma nem új gondolat. Már 1783-ban John Michell angol filozófus, geológus feltételezte a klasszikus mechanika keretein belül, hogy abból csillagból, aminek a szökési sebessége nagyobb a fény sebességénél, nem jöhet ki fény. Ő a sötét csillag nevet adta ennek a közvetlenül észlelhetetlen égi objektumnak.

A fekete lyuk valós, létező fogalommá akkor vált, amikor 1931-ben Subrahmanyan Chandrasekhar Nobel-díjas indiai származású amerikai fizikus meghatározta egy csillag stabilitásának kritikus tömegértékét – ez az úgynevezett Chandrasekhar-határ, amely a Nap tömegének 1,44-szerese. A kisebb tömegű csillagokat az elektronok taszítása menti meg az összeroskadástól, de ennél nagyobb tömegű csillagok neutroncsillaggá vagy fekete lyukká válnak.

A fekete lyuk problémája a 20. század második felétől kezdve egyre jobban foglalkoztatja a kutatókat. A fekete lyuk vizsgálatához kvantummechanikai és általános relativitáselméleti ismereteink egyaránt szükségesek.

A fekete lyuk sugárzása

Jacob Bekenstein izraeli elméleti fizikus^[2] megjósolta, hogy a fekete lyukaknak véges, nem zérus hőmérsékletük és entrópiájuk van.

1973-ban Jakov Zeldovics és Alekszandr Sztrabonszkij szovjet fizikusok kimutatták, hogy a kvantummechanika Heisenberg-féle határozatlansági reláció elve alapján a forgó fekete lyukaknak emittálniuk kell részecskéket.^[3]

Stephen Hawking nevezetes felfedezése a Hawking-sugárzás, amely azt bizonyította, hogy az alapdefiníció nem jó, valami mégis kijön a lyukból. Ennek oka a kvantummechanika.

Hawking érvelése szerint az üres tér a kvantummechanika törvényei szerint soha nem teljesen üres, részecske-antirészecske párok keletkezhetnek benne, amelyek azonnal újra megsemmisülnek.

Ez a párkeltés nem olyan, mint amilyet fizikai kísérleteinkben megszoktunk, ahol van elég energia: itt a pár összenergiája zérus, ami azt eredményezi, hogy az antirészecskéknek negatív energiájúaknak kell lenniük, ezért partnerüktől nem távolodhatnak nagyon el. A fekete lyuk környékén azonban a nagy gravitációs energia miatt nagyon nagy lesz a részecskék energiája, és így bekövetkezhet, hogy a pozitív energiájú részecske el tud távolodni a fekete lyuktól, miközben a negatív energiájú partnere beleesik abba.

A kilépő részek sugárzását nevezik Hawking-sugárzásnak.

A lyukba beleesett részecske a sűrű rendszerben azonnal talál ugyanolyan kvantumszámokkal jellemezhető partnert, mint az eltávozott párja volt, és azzal egyesülve megsemmisülnek. A következmény az, hogy a fekete lyuk energiája az eltávozott részecskével csökken. A nagy lyukak sokkal lassúbb ütemben vesztik el az energiájukat, mint a kisebbek. Egy egykilós, azaz 10⁻²⁷ méter sugarú fekete lyuk anyaga 10⁻²¹ másodperc alatt teljesen eltűnik.

A sugárzás nagyon nagy energiájú gammasugárzás lesz.

Vita volt a kutatók között, hogy ez a sugárzás képes-e információt közölni a rendszerről. Hawking fogadott kollégáival, hogy nem, mert az elvitt információ véletlenszerű, nem jól meghatározott. 2008-ban azonban beismerte, hogy nincs igaza.

Jegyzetek

Források

• J. R. Mahan: Radiation heat transfer: a statistical approach. (hely nélkül): Wiley-IEEE. 2002. ISBN 9780471212706  
  


• Stephen Hawking: Einstein álma és egyéb írások. (hely nélkül): Vince Kiadó. 1999. ISBN 963-9192-26-0  
  


• Stephen Hawking: A Világegyetem dióhéjban. (hely nélkül): Akkord Kiadó. 2002. ISBN 963 9429 023  
  


• Stephen Hawking: A Mindenség Elmélete. (hely nélkül): Kossuth Kiadó. 2005.  
  


• Stephen Hawking–Leonard Mlodinow: Az idő még rövidebb története. (hely nélkül): Wiley-IEEE. 2002. ISBN 9780471212706  
  


• Marx Gy: Kvantummechanika. (hely nélkül): Műszaki Kiadó. 1971.  
  


• L.D. Landau – E.M. Lifsic: Elméleti fizika, Kvantummechanika. (hely nélkül): Tankönyvkiadó. 1976.  
  

További információk

• 
  http://www.electro-optical.com/eoi_page.asp?h=What%20is%20a%20Blackbody%20and%20Infrared%20Radiation?


• http://www.kfki.hu/fszemle/archivum/fsz0705/nemeth0705.html


• http://www.tankonyvtar.hu/konyvek/oxford-typotex-fizikai/oxford-typotex-fizikai-081029-18


• https://web.archive.org/web/20130329060031/http://www.charlierose.com/guest/view/6294


• http://arxiv.org/abs/1009.4634


• http://prd.aps.org/abstract/PRD/v65/i5/e056010


• http://cerncourier.com/cws/article/cern/29199


• http://www.phys.unideb.hu/jegyzetek/kvanluj.pdf


• http://www.timesonline.co.uk/tol/news/science/article4715761.ece


• http://iopscience.iop.org/1367-2630/focus/Focus%20on%20Classical%20and%20Quantum%20Analogues%20for%20Gravitational%20Phenomena%20and%20Related%20Effects


• http://iopscience.iop.org/1367-2630/13/8/085005