Hawkingovo záření popisuje hypotetické částice vzniklé na hranici černé díry. Z tohoto záření vyplývá, že černé díry mají teplotu, která je nepřímo úměrná jejich hmotnosti.

Jinak řečeno, čím menší je černá díra, tím více by měla zářit.

Ačkoli nebylo nikdy přímo pozorováno, Hawkingovo záření je předpovědí, kterou podporují kombinované modely obecné relativity a kvantové mechaniky. Je pojmenováno po významném fyzikovi Stephenu Hawkingovi, který v roce 1974 publikoval článek s názvem Výbuchy černých děr? argumentující pro jejich existenci.

Pokud by se prokázala jeho pravdivost, Hawkingovo záření by znamenalo, že černé díry mohou vyzařovat energii, a proto se zmenšovat, přičemž nejmenší z těchto šíleně hustých objektů by rychle explodovaly v závanu tepla (a ty největší by se pomalu vypařovaly po biliony let v chladném vánku).

Proč by měly černé díry zářit?

Kdykoli hmota vstoupí do černé díry, je fakticky uzamčena od zbytku vesmíru. Tím se také odstraní určitá míra neuspořádanosti; vlastnost, kterou fyzikové nazývají entropie.

Protože toto odstranění hmoty zanechává vesmír méně neuspořádaný, předpokládalo se, že porušuje druhý termodynamický zákon.

Student fyziky z Princestonu v USA Jacob Bekenstein poukázal na to, že hranice obklopující prostor nejvíce zasažený šílenou gravitací černé díry – „plocha“ zvaná horizont událostí – by se měla zvětšit, kdykoli do ní spadne hmota.

Ukázal, že tato plocha představuje míru entropie, která by se jinak ztratila, což je návrh, který by měl paradox vyřešit.

Hawking si nebyl tak jistý. Entropie je jiný způsob popisu tepelné energie, která nutně vyzařuje záření. Pokud má horizont událostí entropii, měl by nějakým způsobem zářit, což znamená, že černé díry by nakonec nebyly tak černé.

Ve snaze vyvrátit Bekensteinův zdánlivě absurdní návrh Hawking diskutoval s dalšími fyziky a snažil se pomocí matematických modelů ukázat, že to není možné.

Naopak zjistil, že černé díry skutečně zřejmě září studeným světlem.

Jak černé díry produkují Hawkingovo záření?

Fyzikální proces, který stojí za emisí částic z blízkosti horizontu událostí černé díry, je poměrně složitý a opírá se o důkladné pochopení matematiky kvantové teorie pole.

Běžně se popisuje jako výsledek dvojčat „virtuálních“ částic, které přirozeně vznikají z vakua a jsou odděleny gravitací. Obvykle by se rekombinovaly a vyrušily, ale v tomto případě rozdělení ponechává jednu polovinu každé dvojice uniknout jako skutečné záření.

Ve skutečnosti Hawkingovo vlastní populární vysvětlení matematiky popisuje prchavé virtuální částice ovlivněné extrémní gravitací, přičemž jedna polovina dvojice odebírá z černé díry hmotu díky extrémní gravitaci poskytující částicím zápornou energii.

Jiní fyzikové se domnívají, že tento „lokalizovaný“ popis částic rozdělujících se přes pomyslnou čáru je poněkud zavádějící.

Ačkoli bychom potřebovali kompletní teorii úlohy gravitace v kvantové mechanice, abychom tuto interakci správně zmapovali, Hawkingovy závěry ukazují, jak může zakřivený prostor narušit směs kvantových vlastností v polích v blízkosti horizontu událostí do té míry, že černé díry „rozptýlí“ některé vlastnosti, zatímco jiné ponechají nedotčené. Právě tyto neporušené vlastnosti se podobají specifickým teplotám záření a mohou způsobit zmenšení černé díry.

.