Термодинамика черной дыры: история от Пенроуза до Хокинга

Благодаря новому анализу, опубликованному в EPJ HКарла Родригес Алмейда из Университета Сан-Паулу, Бразилия, проливает новый свет на мотивы и методы Пенроуза и исследует их историческое влияние на новаторское открытие излучения Хокинга.

До 1950-х годов многие физики неохотно соглашались с идеей о том, что черные дыры являются физическими объектами, в соответствии с хорошо установленными законами термодинамики. Эта картина полностью изменилась за следующие два десятилетия, и в 1969 году Пенроуз впервые показал, как можно извлечь энергию из вращающейся черной дыры. Его теория опиралась на недавно возникшую область, названную «эргосферой».

Несмотря на то, что оно находится недалеко от границы черной дыры, пространство-время в эргосфере вращается вместе с телом, как газ в атмосфере планеты. Пенроуз предположил, что если часть материи попадает в область, она может разделиться на две части: одна из которых может упасть в черную дыру; в то время как другая может убежать, неся больше энергии, чем исходная частица.

В течение следующих нескольких лет советский физик Яков Зельдоев исследовал открытие Пенроуза через призму квантовой механики. Хотя его работа сдерживалась политическими обстоятельствами, Зельдоев наладил дружеское сотрудничество с западными физиками. В конечном итоге теории, возникшие в результате этих отношений, привели Стивену Хокингу к открытию новых квантовых эффектов, которые могут вызывать излучение массы черными дырами.

Наконец, физическое сообщество убедилось, что черные дыры действительно могут подчиняться законам термодинамики.

В своем исследовании Алмейда исследует предложение Пенроуза в этом историческом контексте. Пересматривая оригинальные статьи, анализируя технологические детали и исследуя отношения между западными и советскими физиками, она стремится раскрыть историю, которую они скрывают. Статья проходит через цепочку рассуждений, которая ведет от предложения Пенроуза к аналогии между термодинамикой и физикой черных дыр; и, в конечном счете, к формулировке излучения Хокинга.