Не такие уж чёрные дыры
Выходит, чёрные дыры на деле не настолько черны: из-за квантовых флюктуаций и убегающих частиц они светятся. А значит, они постоянно теряют массу. Излучение Хокинга очень и очень слабое: чёрная дыра испускает исчезающе малое количество энергии. Чёрная дыра с массой Солнца уменьшит свою массу на 1 % за более, чем 1060
лет.Но у излучения Хокинга есть одно странное свойство: его количество обратно пропорционально массе чёрной дыры. Чем меньше чёрная дыра, тем сильнее это излучение.
Получается петля обратной связи. Из-за излучения Хокинга чёрная дыра с течением времени будет терять массу. Из-за потери массы интенсивность излучения Хокинга возрастёт, чёрная дыра начнёт терять ещё больше массы, и тогда излучение снова усилится. Этот ускоряющийся процесс будет продолжаться: излучение будет всё усиливаться и усиливаться, пока чёрная дыра не станет видимой. К этой стадии масса чёрной дыры будет падать уже так быстро, что её интенсивное излучение станет ультрафиолетовым, потом рентгеновским, потом гамма-лучами, а потом – пуфф! – чёрная дыра полностью испарится. От неё не останется ничего.
Сколько времени придётся этого ждать? Намного, намного дольше, чем требуется для того, чтобы распались все протоны. Чёрной дыре с массой Солнца для этого необходимо около 1067
лет. Это значит, что через очень много времени после того, как погаснет последняя звезда и после того, как последние атомы вещества растворятся в абсолютно тёмной Вселенной, в ней произойдёт короткая резкая вспышка света, за которой последует распад чёрной дыры.Известно, что в центрах самых массивных галактик таятся сверхмассивные чёрные дыры с массами в миллиарды солнечных. Им для полного испарения может понадобиться ещё больше времени: до 10100
лет. Но придёт и их час, и они тоже в конце концов исчезнут из Вселенной в последней вспышке излучения Хокинга.Когда бесследно исчезнет последняя чёрная дыра и навсегда погаснет последний фейерверк излучения Хокинга, в мире настанет бесконечная, непроглядно тёмная ночь. Это и будет концом всего.
Или нет?
Конец Вселенной – и вправду конец?
Когда в пустоте растворятся все мёртвые звёзды и испарятся все чёрные дыры, во Вселенной ничего не останется.[59]
Точнее – не останется никакой субстанции. Только вечно остывающий, бесконечно становящийся всё более разреженным электронно-фотонный «суп». Вселенная станет холодной и однородной, из неё исчезнет вся полезная энергия, без которой не будет никаких возможностей для существования сколько-нибудь сложных структур, и, конечно, жизни. Вселенная достигнет своего конечного состояния –Выражение «тепловая смерть» звучит драматически, но предсказана она была задолго до появления современной космологии с её огненным Большим Взрывом и расширяющимся пространством-временем. В 1851 лорд Кельвин (мы кратко упоминали его выше) предположил, что Вселенная понемногу замедляется и истощается, из горячей становится холодной, и впереди её ждёт тепловая смерть. Кельвин тоже был не первым, кто пришёл к этой идее, но он первым изложил её на языке термодинамики.
Мы уже рассматривали второй закон термодинамики, когда раздумывали о том, почему Вселенная повсюду такая одинаковая, и как получается, что энергия любого процесса в конце концов минимизируется. Теперь нам придётся разобраться в этом более подробно, и для этой цели мы введём ещё одно понятие из термодинамики –
Людвиг Больцман записал первое математическое определение энтропии в 1870-х – теперь это уравнение высечено на надгробии автора. В то же самое время немного иную формулировку этого понятия, основанную на вероятностях, предложил американский статистик Дж. Уиллард Гиббс. Два этих математических подхода выглядят очень похожими, но бывают случаи, когда ответ, который вы получаете, зависит от выбранного вами математического аппарата. И конечно, такая ситуация далека от идеальной.