Hawking-stråling beskriver hypotetiske partikler, der dannes ved et sort hul’s grænse. Denne stråling indebærer, at sorte huller har temperaturer, der er omvendt proportionale med deres masse.
Som man siger det på en anden måde, så burde et sort hul gløde varmere, jo mindre det er, jo varmere burde det gløde.
Og selv om den aldrig er blevet direkte observeret, er Hawking-strålingen en forudsigelse, der understøttes af kombinerede modeller af den generelle relativitetsteori og kvantemekanikken. Den er opkaldt efter den fremtrædende fysiker Stephen Hawking, der i 1974 offentliggjorde en artikel med titlen Black hole explosions? og argumenterede for deres eksistens.
Hawking-stråling ville, hvis den viste sig at være en kendsgerning, betyde, at sorte huller kan udsende energi og derfor skrumpe i størrelse, hvor de mindste af disse vanvittigt tætte objekter eksploderer hurtigt i et pust af varme (og de største langsomt fordamper over trillioner af år i en kold brise).
Hvorfor skulle sorte huller gløde?
Når stof kommer ind i et sort hul, bliver det effektivt låst væk fra resten af universet. Dette fjerner også en vis grad af uorden; en egenskab, som fysikere kalder entropi.
Da denne fjernelse af stof efterlader universet mindre uordnet, mente man, at det brød termodynamikkens anden lov.
En fysikstuderende fra Princeston i USA ved navn Jacob Bekenstein påpegede, at grænsen omkring det rum, der er mest påvirket af et sort hul’s vanvittige tyngdekraft – en “overflade” kaldet en begivenhedshorisont – burde vokse i areal, når der falder stof ind.
Han viste, hvordan dette areal repræsenterer det mål af entropi, der ellers ville gå tabt, et forslag, der burde løse paradokset.
Hawking var ikke så sikker. Entropi er en anden måde at beskrive varmeenergi på, som nødvendigvis udsender stråling. Hvis en begivenhedshorisont har entropi, burde den gløde på en eller anden måde, hvilket betyder, at sorte huller ikke ville være så sorte alligevel.
I sine bestræbelser på at modbevise Bekensteins tilsyneladende absurde forslag diskuterede Hawking det med andre fysikere og forsøgte ved hjælp af matematiske modeller at vise, at det ikke var muligt.
I stedet opdagede han, at sorte huller virkelig synes at skinne med koldt lys.
Hvordan producerer sorte huller Hawking-stråling?
Den fysiske proces bag emissionen af partikler fra nærheden af et sort huls begivenhedshorisont er ret kompleks og bygger på en solid forståelse af matematikken i kvantefeltteorien.
Det beskrives almindeligvis som resultatet af, at to “virtuelle” tvillingpartikler, der naturligt opstår fra vakuummet, bliver adskilt af tyngdekraften. Normalt ville de rekombineres og ophæve hinanden, men i dette tilfælde efterlader adskillelsen den ene halvdel af hvert par til at slippe ud som egentlig stråling.
Faktisk beskriver Hawkings egen populære forklaring på matematikken flygtige virtuelle partikler, der påvirkes af ekstrem tyngdekraft, hvor den ene halvdel af parret fjerner masse fra det sorte hul takket være den ekstreme tyngdekraft, der giver partiklen negativ energi.
Andre fysikere mener, at denne “lokaliserede” beskrivelse af partikler, der deler sig over en imaginær linje, er en smule misvisende.
Selv om vi har brug for en komplet teori om tyngdekraftens rolle i kvantemekanikken for at kortlægge denne vekselvirkning korrekt, viser Hawkings konklusioner, hvordan det krumme rum kan forstyrre blandingen af kvanteegenskaber i felterne nær en begivenhedshorisont i en sådan grad, at sorte huller “spreder” nogle egenskaber, mens de lader andre forblive intakte. Det er disse intakte egenskaber, der ligner specifikke strålingstemperaturer, og som kan få et sort hul til at skrumpe.