Svarta hål

Hawkingstrålning

Enligt Stephen Hawking (Kosmos) är händelsehorisontens area ett mått på det svarta hålets entropi. När materia, som har entropi, faller ner i det svarta hålet ökar ju händelsehorisontens area (hålet växer). Entropin kan inte minska utan att det kostar energi, så entropin hos den materia som försvinner in i det svarta hålet måste vägas upp av en ökad entropi hos hålet. Därför måste svarta hål ha entropi. Men enligt termodynamiken måste föremål som har entropi också ha temperatur. Och en kropp med en viss temperatur borde utsända strålning i en viss takt. Alltså borde svarta hål sända ut strålning. Men samtidigt borde de ju inte sända ut någonting alls, de är ju svarta hål.

Också enligt den kvantmekaniska osäkerhetsrelationen borde svarta hål skapa och utsända partiklar. Ett svart hål borde utsända partiklar och strålning så som om det vore en het kropp med en temperatur som beror på dess massa: ju högre massa, desto lägre temperatur. Men det är bara enligt kvantmekaniken som detta är möjligt. Och partiklarna, strålningen, kommer inte inifrån det svarta hålet, utan ifrån tomrummet precis utanför det svarta hålets händelsehorisont.

Materia kan bildas ur tomma intet i form av partikel-antipartikelpar. Sådana par kallas virtuella partiklar och kan bara finnas under extremt korta tidsrymder. Inom kvantfysiken är det alltså möjligt att "låna" energi en liten stund enligt devisen "allt som är förbjudet måste göras snabbt". Ju mer energi man lånar, desto kortare varar den:

d.v.s. energin som lånas gånger tiden under vilken energin finns är högst 1.05×10-34Js.

Ett tomrum kan inte vara helt tomt: det måste finnas fält - elektromagnetiska och gravitationella fält. Ett fälts värde och dess förändringstakt i tiden är som läget och hastigheten för en partikel: osäkerhetsrelationen innebär att ju noggrannare man känner till läget, desto sämre måste man känna till hastigheten, eller omvänt. Man kan inte känna till båda samtidigt. Fältet i ett tomrum kan alltså inte bestämmas vara exakt noll eftersom det i sä fall både skulle ha ett exakt värde (noll) och en exakt förändringstakt (också noll). Det måste finnas en viss minimal osäkerhet - vissa kvantfluktuationer - hos fältets värde. Man kan tänka sig dessa fluktuationer som partikelpar av ljus eller gravitation som uppträder tillsammans vid en viss tidpunkt, skiljs åt för en kort stund och sedan träffar på varandra igen och annihileras (förintas). De är virtuella partiklar ungefär som partiklarna som tros bära gravitationskraften (gravitoner). I motsats till reella partiklar kan de inte observeras direkt med en partikeldetektor, men andra saker som de orsakar, tex små förändringar hos atomernas elektronbanor, kan mätas.

Om det finns ett svart hål i närheten när ett par virtuella partiklar dyker upp kan det hända att den ena av partiklarna faller in i hålet så att den andra undkommer och förvandlas till en verklig partikel eller antipartikel som utifrån ser ut att sändas ut från det svarta hålet. Ju mindre det svarta hålet är, desto kortare väg behöver en partikel tillryggalägga innan den förvandlas till en verklig partikel och desto högre strålning och skenbar temperatur har det svarta hålet.

Den energi som den utsända partikeln tar med sig tas från det svarta hålet, vars massa därigenom minskar. (Enligt Einsteins E=mc2.) När det svarta hålet förlorar massa blir arean för dess händelsehorisont mindre. Och det stämmer också med termodynamikens huvudsats.

Det svarta hålet blir långsamt mindre och mindre och till slut förstörs det i en gigantisk explosion där ca 9×1022 Joule frigörs på 0,1 sekunder. Detta är den kraftigaste möjliga explosionen, eftersom alla försök till kraftigare explosioner skulle resultera i ett svart hål.


Tillbaka