Black holes are among the most destructive objects in the universe. Anything that gets too close to the central singularity of a black hole, be it an asteroid, planet, or star, risks being torn apart by its extreme gravitational field. And if the approaching object happens to cross the black hole’s event horizon, it’ll disappear and never re-emerge, adding to the black hole’s mass and expanding its radius in the process. There is nothing we could throw at a black hole that would do the least bit of damage to it. Even another black hole won’t destroy it– the two will simply merge into a larger black hole, releasing a bit of energy as gravitational waves in the process. By some accounts, it’s possible that the universe may eventually consist entirely of black holes in a very distant future. And yet, there may be a way to destroy, or “evaporate,” these objects after all. If the theory is true, all we need to do is to wait.
Хар нүх бол энэ орчлон хорвоо дээрх хамгийн хор хөнөөлтэй биет юм. Солир, гараг, од ер нь юу ч байсан гэсэн хар нүхний төв рүү ойртох юм бол түүнийг төсөөлшгүй их татах хүчний нөлөөгөөр хэдэн хэсэг тасчин хаях болно. Хэрвээ ямар нэгэн биет хар нүхний хаяавч руу нисэн орвол тэр дахин хэзээ ч буцаж ирэхгүй ба харин хар нүхний массыг нэмж, түүний радиусыг тэлэх болно. Та хар нүх рүү юу ч шидсэн байсан гэсэн түүнийг сэвтүүлж ч чадахгүй. Бүр хар нүхнүүд бие биенээ ч устгаж чадахгүй гээд боддоо. Харин тэд хамтдаа нэгдэж, илүү том хар нүхийг бүтээж мөн тодорхой хэмжээний гравитацын долгионыг ялгаруулдаг. Зарим эрдэмтэд орчлон ертөнц маш урт хугацааны дараа нэгэн том хар нүх болох магадлалтай хэмээн үздэг. Гэхдээ хар нүхийг устгах эсвэл ууршуулах арга замууд байхыг үгүйсгэхийн аргагүй. Онолын үүднээс авч үзвэл, бидний хийх ёстой цор ганц зүйл бол хүлээх.
In 1974, Stephen Hawking theorized a process that could lead a black hole to gradually lose mass. Hawking radiation, as it came to be known, is based on a well-established phenomenon called quantum fluctuations of the vacuum. According to quantum mechanics, a given point in spacetime fluctuates between multiple possible energy states. These fluctuations are driven by the continuous creation and destruction of virtual particle pairs, which consist of a particle and its oppositely charged antiparticle.
1974 онд Стивен Хокинг хэрхэн хар нүх өөрийн массаа алддаг тухай онол боловсруулсан юм. Энэ нь өнөө үед “Хокингийн цацаргалт” хэмээн алдаршсан ба вакуум орчин дахь квантын хэлбэлзэл хэмээх үзэгдэл дээр үндэслэн гарч ирсэн байна. Квант механикийн онолоор бол тодорхой нэгэн цэг орон цагт хэд хэдэн энергийн төлөв рүү шилжих ба энэ үедээ тасралтгүйгээр хос бөөмсийг бий болгож эсвэл устгаж байдаг. Тэрхүү хос бөөмс нь эерэг болон сөрөг утгатай байдаг.
Normally, the two collide and annihilate each other shortly after appearing, preserving the total energy. But what happens when they appear just at the edge of a black hole’s event horizon? If they’re positioned just right, one of the particles could escape the black hole’s pull while its counterpart falls in. It would then annihilate another oppositely charged particle within the event horizon of the black hole, reducing the black hole’s mass. Meanwhile, to an outside observer, it would look like the black hole had emitted the escaped particle.
Ерөнхийдөө бол тэрхүү хоёр бөөм бий болоод тун удалгүй хоорондоо мөргөлдөж бие биенээ устгадаг. Тэгвэл тэрхүү хоёр бөөм хар нүхний үйл явдлын хаяавчны дээр үүсвэл юу болох бол? Хэрвээ тэд яг зөв газраа үүсэх юм бол тэдний аль нэг нь хар нүхний татах хүчнээс мултарч харин нөгөөх нь хар нүхний төв рүү унах болно. Төв рүү унасан бөөм цаашдаа үйл явдлын хаяавчны доторх өөр нэгэн эсрэг цэнэг бүхий бөөмтэй мөргөлдөж устсанаар хар нүхний массыг хороодог байна. Үүнийг гаднаас ажиглаж буй ажиглагчийн хувьд энэ яг л хар нүх өөрийн бөөмсийг гадагш цацаж буй мэт харагдах болно.
Thus, unless a black hole continues to absorb additional matter and energy, it’ll evaporate particle by particle, at an excruciatingly slow rate. How slow? A branch of physics, called black hole thermodynamics, gives us an answer.
Тиймээс хар нүх ямар нэгэн энерги эсвэл материйг гаднаас сорохгүй л бол бөөмс тасран одох тутамд тэд массаа алдаж, маш удаанаар ууршин алга болох болно. Хэр удаан бэ? Үүний хариултыг бид хар нүхний термодинамик дотроос олж чадна.
When everyday objects or celestial bodies release energy to their environment, we perceive that as heat, and can use their energy emission to measure their temperature. Black hole thermodynamics suggests that we can similarly define the “temperature” of a black hole. It theorizes that the more massive the black hole, the lower its temperature. The universe’s largest black holes would give off temperatures of the order of 10 to the -17th power Kelvin, very close to absolute zero. Meanwhile, one with the mass of the asteroid Vesta would have a temperature close to 200 degrees Celsius, thus releasing a lot of energy in the form of Hawking Radiation to the cold outside environment. The smaller the black hole, the hotter it seems to be burning– and the sooner it’ll burn out completely.
Ямар нэгэн объект эсвэл огторгуйн биет өөрөөсөө энерги ялгаруулах юм бол тэр нь бидэнд дулаан болж мэдрэгдэх ба мөн бид ялгарч буй энергиэс нь температурыг нь тооцоолж чадна. Яг үүнтэй ижлээр бид хар нүхний термодинамикийг ашиглан түүний температурыг бодож чадна. Мөн уг онолоор хар нүхний масс нь температуртайгаа урвуу хамааралтай байдаг. Ертөнцийн хамгийн том хар нүхний температур Кельвиний 10 градусаас 17 градусын хооронд хэлбэлздэг. Бараг л абсолют 0 градус (–273.15°C) гэсэн үг. Vesta-тай адилхан масстай солирууд ойролцоогоор 200С температуртай байдаг ба Хокингийн цацаргалтаар бол тэд хүйтэн орчинд маш их хэмжээний энерги ялгаруулдаг байна. Хар нүх жижиг байх тусмаа яг л дүрэлзэж буй гал мэт халуун байдаг ба төд удалгүй шатсаар дуусдаг байна.
Just how soon? Well, don’t hold your breath. First of all, most black holes accrete, or absorb matter and energy, more quickly than they emit Hawking radiation. But even if a black hole with the mass of our Sun stopped accreting, it would take 10 to the 67th power years– many many magnitudes longer than the current age of the Universe— to fully evaporate. When a black hole reaches about 230 metric tons, it’ll have only one more second to live. In that final second, its event horizon becomes increasingly tiny, until finally releasing all of its energy back into the universe. And while Hawking radiation has never been directly observed, some scientists believe that certain gamma ray flashes detected in the sky are actually traces of the last moments of small, primordial black holes formed at the dawn of time.
Төд удалгүй гэдэг нь? Сонсоод цочирдож болохгүй шүү Юун түрүүнд, ихэнх хар нүхнүүд тэлж эсвэл энерги, матери зэргийг сорж байдаг. Хокингийн цацаргалтын хэмжээнээс илүү ихийг шүү дээ. Гэхдээ манай нартай ойролцоо масстай хар нүхнүүд тэлэхээ больж ууршдаг ба энэ нь бүрэн уурших хүртлээ 10⁶⁷ жилийг зарцуулдаг байна. Товчоор бол манай ертөнцийн одоогийн наснаас ч хэд дахин урт хугацааг шаардана гэсэн үг. Хар нүхний нягт 230 тн метр.куб болох үед түүнд ууршиж дуустал ердөө 1 секунд л хангалттай. Сүүлчийн ганц хоромд хар нүхний үйл явдлын хаяавч нь өчүүхэн жижиг болж эцсийн мөчид өөрийн буй бүх энергиэ задгай сансар луу чөлөөлдөг байна. Хэдий Хокингийн цацаргалт яг бодитоор ажиглагдаж байгаагүй ч эрдэмтэд тэнгэрт ажиглагддаг зарим нэг гамма цацраг нь цаг хугацаа дөнгөж эхлэх үед бүрэлдсэн балар эртний өчүүхэн хар нүхнүүдийн мөхлөөс үүсэлтэй байж болох юм гэж үздэг.
Eventually, in an almost inconceivably distant future, the universe may be left as a cold and dark place. But if Stephen Hawking was right, before that happens, the normally terrifying and otherwise impervious black holes will end their existence in a final blaze of glory.
Төсөөлшгүй урт хугацааны дараа манай ертөнц юу ч үгүй хүйтэн, харанхуй газар болон хувирч магадгүй. Гэхдээ, Стивен Хокингийн зөв бол дээрх бүхэн тохиолдохоос өмнө аймшигтай, хүчирхэг хар нүхнүүд сүр жавхлантайгаар тэсрэн ёслолын буудлага хийж устан үгүй болох болно.