Tidak begitu mudah dibayangkan, mengingat semua jenis bentuk yang penting di Alam Semesta, bahawa selama berjuta-juta tahun hanya atom hidrogen dan helium gas neutral yang wujud. Sama sukarnya untuk membayangkan bahawa suatu hari, setelah empat juta tahun, semua bintang akan menjadi gelap. Hanya sisa-sisa Alam Semesta kita yang masih hidup dan … lubang hitam akan tinggal. Tetapi mereka tidak akan hidup selama-lamanya. Ini menimbulkan persoalan yang menarik. Apa yang berlaku apabila lubang hitam kehilangan tenaga yang cukup kerana radiasi Hawking sehingga ketumpatan energinya tidak lagi dapat mengekalkan keunikan dengan cakerawala peristiwa? Maksudnya, bilakah lubang hitam akan berhenti menjadi lubang hitam akibat radiasi Hawking?
Untuk menjawab soalan ini, penting untuk memahami apakah sebenarnya lubang hitam.
Lubang hitam biasanya terbentuk semasa keruntuhan teras bintang besar, apabila bahan bakar nuklear yang dihabiskan berhenti mensintesis elemen yang lebih berat. Apabila sintesis melambat dan berhenti, tekanan radiasi turun di inti, yang merupakan satu-satunya perkara yang menjadikan bintang dari keruntuhan graviti. Walaupun lapisan luar sering mengalami reaksi peleburan yang meningkat, mengembang bintang terdahulu ke dalam supernova, intinya pertama kali runtuh menjadi bintang neutron, tetapi jika jisimnya terlalu besar, neutron itu sendiri runtuh ke keadaan lubang hitam yang lebih padat. Juga, lubang hitam dapat terbentuk jika bintang neutron memperoleh jisim yang cukup dari bintang pendamping dan melintasi ambang yang diperlukan untuk menjadi lubang hitam.
Dari sudut pandang graviti, untuk menjadi lubang hitam, anda hanya perlu mendapatkan jisim yang cukup dalam jumlah ruang yang cukup kecil yang bahkan cahaya tidak dapat melepaskan diri. Setiap jisim, termasuk planet Bumi, mempunyai kelajuan pelarian: kelajuan yang mesti dikembangkan untuk melepaskan diri dari tarikan graviti pada jarak tertentu (misalnya, jarak dari pusat Bumi ke permukaannya) dari pusat jisimnya. Tetapi jika ada jisim yang cukup untuk membuat kecepatan melarikan diri sama dengan kecepatan cahaya, maka tidak ada yang dapat mengatasi halangan ini, kerana tidak ada yang dapat melebihi kecepatan cahaya.
Jarak ini dari pusat jisim, di mana halaju pelarian sama dengan kelajuan cahaya - mari kita sebut R - menentukan ukuran cakrawala peristiwa lubang hitam. Tetapi hakikat bahawa jirim ada dalam keadaan seperti itu mempunyai akibat yang tidak dapat dilihat: perkara ini mesti runtuh menjadi satu. Dapat diasumsikan bahawa mesti ada keadaan yang stabil dan berada dalam volume tertentu dalam cakrawala peristiwa, tetapi ini tidak mungkin secara fizikal.
Untuk menggunakan daya luaran, zarah dalaman mesti menghantar zarah yang membawa daya dari pusat jisim ke cakrawala peristiwa. Tetapi pembawa kekuatan ini juga dibatasi oleh kelajuan cahaya, dan di mana pun anda berada di cakrawala acara, semua lekuk seperti cahaya berakhir di tengah. Lebih teruk lagi untuk zarah perlahan dan besar. Sebaik sahaja anda membentuk lubang hitam dengan cakerawala peristiwa, semua perkara di dalamnya akan runtuh menjadi satu.
Video promosi:
Dan kerana tidak ada yang dapat meninggalkan lubang hitam, seseorang akan menyangka bahawa lubang hitam akan kekal selama-lamanya. Dan jika tidak untuk fizik kuantum, tentu begitu. Tetapi dalam fizik kuantum, terdapat jumlah tenaga bukan sifar yang wujud dalam ruang itu sendiri: vakum kuantum. Di ruang melengkung, vakum kuantum memperoleh sifat yang sama sekali berbeza daripada yang rata, dan tidak ada kawasan yang kelengkungannya akan lebih besar daripada dekat keunikan lubang hitam. Gabungkan kedua-dua undang-undang alam ini - fizik kuantum dan ruang-waktu relativistik berhampiran lubang hitam - dan anda mendapat fenomena radiasi Hawking.
Pengiraan teori medan kuantum dalam ruang melengkung memberikan penyelesaian yang luar biasa: sinaran termal dari badan hitam dipancarkan ke ruang yang mengelilingi cakrawala peristiwa lubang hitam. Dan semakin kecil cakrawala peristiwa, semakin besar kelengkungan ruang berhampiran cakrawala peristiwa, dan pada masa yang sama semakin tinggi kelajuan radiasi Hawking. Sekiranya Matahari kita adalah lubang hitam, suhu radiasi Hawking adalah 62 nanokelvin; jika anda mengambil lubang hitam di tengah galaksi kita, 4.000.000 kali lebih besar daripada matahari, suhunya 15 femtokelvin, atau 0.000025% suhu radiasi objek yang lebih kecil.
Ini bermakna bahawa semakin kecil lubang hitam, semakin cepat reput, dan yang terbesar hidup paling lama. Lubang hitam berjisim suria akan bertahan sekitar 1067 tahun sebelum penyejatan, tetapi lubang hitam di tengah galaksi kita akan hidup 1020 kali lebih lama. Menariknya, sehingga detik terakhir keberadaannya, lubang hitam akan mempunyai cakerawala peristiwa. Setelah singulariti terbentuk - dan selagi cakrawala acara kekal - ia akan tetap menjadi satu keunikan sehingga jisimnya sifar.
Walau bagaimanapun, detik terakhir kehidupan lubang hitam ini akan menghasilkan letupan tenaga yang sangat spesifik dan kuat. Apabila jisim turun menjadi 228 metrik tan, itu adalah isyarat bahawa tepat satu saat masih ada. Ukuran cakrawala peristiwa pada masa ini adalah 340 yoctometer, atau 3,4 x 10-22: ukuran panjang gelombang foton tunggal dengan tenaga yang lebih besar daripada tenaga zarah mana pun yang pernah dihasilkan LHC. Detik terakhir ini akan melepaskan tenaga 2.05 x 1022 joule, lima juta megaton setara TNT. Seolah-olah sejuta bom termonuklear meletup di ruang kecil; ini adalah peringkat terakhir penyejatan lubang hitam.
Apa yang tinggal? Hanya keluar sinaran. Sekiranya sebelumnya ada satu keunikan di ruang di mana jisim, dan juga, kemungkinan, momentum cas dan sudut wujud dalam jumlah yang sangat kecil, tidak ada lagi. Ruang itu akan dikembalikan ke keadaan tidak tunggal, seolah-olah tidak ada yang sebelumnya. Tetapi apabila ini berlaku, Alam Semesta akan mempunyai masa untuk melakukan semua urusannya berjuta-juta kali. Tidak akan ada lagi bintang atau sumber cahaya lain yang tersisa ketika lubang hitam pertama menguap. Dan tidak ada "ambang" selepas itu perkara ini harus berlaku. Hanya lubang hitam yang betul-betul menguap. Dan sejauh yang kita ketahui, hanya radiasi yang akan tinggal.
Dengan kata lain, jika anda melihat lubang hitam terakhir di alam semesta kita menguap, anda hanya akan melihat ruang kosong tanpa cahaya atau tanda-tanda aktiviti selama 10,100 tahun atau lebih. Letupan radiasi spektrum dan magnitud yang tiba-tiba dan kuat akan menjadi kali terakhir alam semesta kita yang dapat dilihat dimandikan oleh sinaran. Penyejatan lubang hitam terakhir akan menjadi kali terakhir alam semesta mengatakan: biarkan cahaya!
ILYA KHEL
