نمایش مبدأ برای تابش هاوکینگ

'''تابش هاوکینگ''' {{انگلیسی|Hawking radiation}} تابش [[جسم سیاه]] است که پیش‌بینی می‌شود به خاطر تأثیر کوانتومی در نزدیکی [[افق رویداد]]، از [[سیاه‌چاله]] تابیده شده باشد. این پدیده به نام [[استیون هاوکینگ]] نامگذاری شده‌است. زیرا نخستین‌بار او در سال [[۱۹۷۴ (میلادی)]] بحث نظری وجود آن را مطرح کرد.<ref>{{cite web|url=http://www.charlierose.com/guest/view/6294|title=A conversation with Dr. Stephen Hawking & Lucy Hawking|website=charlierose.com|last=Rose|first=Charlie|deadurl=yes|archive-url=https://web.archive.org/web/20130329060031/http://www.charlierose.com/guest/view/6294|archive-date=March 29, 2013|df=}}</ref><ref>{{Cite news|url=http://www.alsahawat.com/2018/03/14/stephen-hawking-death-14-march-2018-professor-hawking/|title=Inspirational scientist Stephen Hawking died today aged 76 {{!}} Al-Sahawat Times|date=2018-03-14|work=Al-Sahawat Times|language=en-GB|access-date=2018-03-14}}</ref> کارهای هاوکینگ به توضیح نتایج [[یاکوب بکنشتاین]] کمک کرد. یاکوب بکنشتاین پیش‌بینی کرده بود که بیشینه [[آنتروپی]] سیاه‌چاله اندازه مشخصی دارد.<ref>{{cite news|url=http://www.israelnationalnews.com/News/News.aspx/159585#.UErd_yJipNs|title='40 Years of Black Hole Thermodynamics' in Jerusalem|last=Levi Julian|first=Hana|date=3 September 2012|work=|newspaper=Arutz Sheva|accessdate=8 September 2012}}</ref>

تابش هاوکینگ باعث کاهش [[جرم (فیزیک)|جرم]] و [[انرژی]] سیاه‌چاله می‌شود که به تبخیر سیاه‌چاله شناخته می‌شود. به همین خاطر سیاه‌چاله‌هایی که جرم آن‌ها به روش دیگری افزایش نمی‌یابد با گذر زمان جرم آن کاهش یافته و در پایان، از بین می‌روند. پیش‌بینی می‌شود که تابش [[ریزسیاه‌چاله]]، بیشتر از سیاه‌چاه‌های بزرگ‌تر باشد. بنابراین با سرعت بیشتری کوچک شده و از میان می‌رود.<ref>{{Cite book|url=https://books.google.com/?id=zGxxDgAAQBAJ&pg=PA70&dq=Hawking+radiation+reduces+mass+and+energy+of+black+holes+and+is+also+known+as+black+hole+evaporation#v=onepage&q=Hawking%20radiation%20reduces%20mass%20and%20energy%20of%20black%20holes%20and%20is%20also%20known%20as%20black%20hole%20evaporation&f=false|title=Recent Developments in Intelligent Nature-Inspired Computing|last=Srikanta|first=Patnaik|date=2017-03-09|publisher=IGI Global|isbn=9781522523239|language=en}}</ref>

در ژوئن [[۲۰۰۸ (میلادی)]] اداره کل ملی هوانوردی و فضا ([[ناسا]]) [[تلسکوپ فضایی پرتو گامای فرمی]] را به [[فضای بیرونی]] فرستاد. این تلسکوپ به دنبال منبع سوسوی [[پرتو گاما|پرتوهای گامایی]] است که انتظار می‌رود از [[سیاه‌چاله نخستین|سیاه‌چاله‌های نخستین]] تابیده شده باشند. در صورتیکه نظریه‌های [[فرا بعد بزرگ]] درست باشند شاید [[برخورددهنده هادرونی بزرگ]] در سازمان اروپایی پژوهش‌های هسته‌ای ([[سرن]]) بتواند ریزسیاه‌چاله تولید کرده و تبخیر آن را نشان دهد. تاکنون چنین ریزسیاه‌چاله‌هایی در برخورددهنده هادرونی بزرگ دیده نشده‌اند.<ref>{{Cite journal|last1=Giddings|first1=S.|last2=Thomas|first2=S.|year=2002|title=High energy colliders as black hole factories: The end of short distance physics|journal=Physical Review D|volume=65|issue=5|page=056010|arxiv=hep-ph/0106219|bibcode=2002PhRvD..65e6010G|doi=10.1103/PhysRevD.65.056010}}</ref><ref>{{Cite journal|last1=Dimopoulos|first1=S.|last2=Landsberg|first2=G.|year=2001|title=Black Holes at the Large Hadron Collider|journal=Physical Review Letters|volume=87|issue=16|page=161602|arxiv=hep-ph/0106295|bibcode=2001PhRvL..87p1602D|doi=10.1103/PhysRevLett.87.161602|pmid=11690198}}</ref><ref name="courier">{{cite web|url=http://cerncourier.com/cws/article/cern/29199|title=The case for mini black holes|date=November 2004|work=CERN courier}}</ref><ref>{{cite news|url=http://www.timesonline.co.uk/tol/news/uk/science/article4715761.ece|title=Stephen Hawkings 50 bet on the world the universe and the God particle|last=Henderson|first=Mark|date=September 9, 2008|work=The Times|accessdate=May 4, 2010|location=London}}{{پیوند مرده}}</ref>

در سپتامبر سال [[۲۰۱۰ (میلادی)]] ادعا شد که در آزمایش آزمایشگاهی، با پالس‌های [[طیف مرئی]]، نشانه نزدیکی، به تابش هاوکینگ سیاه‌چاله دیده شده‌است. اگرچه، نتایج، تأیید نشده و قابل بحث ماندند.<ref name="Milanoguys">{{cite journal|last1=Belgiorno|first1=F.|last2=Cacciatori|first2=S. L.|last3=Clerici|first3=M.|last4=Gorini|first4=V.|last5=Ortenzi|first5=G.|last6=Rizzi|first6=L.|last7=Rubino|first7=E.|last8=Sala|first8=V. G.|last9=Faccio|first9=D.|date=2010|title=Hawking radiation from ultrashort laser pulse filaments|journal=Phys. Rev. Lett.|volume=105|issue=20|page=203901|arxiv=1009.4634|bibcode=2010PhRvL.105t3901B|doi=10.1103/PhysRevLett.105.203901}}</ref><ref>{{cite news|url=https://www.wired.com/wiredscience/2010/09/hawking-radiation-in-the-lab/|title=Ultrafast Laser Pulse Makes Desktop Black Hole Glow|last=Grossman|first=Lisa|date=September 29, 2010|work=|newspaper=Wired magazine|accessdate=April 30, 2012}}</ref> برای دیدن تابش هاوکینگ، پروژه‌های دیگری با استفاده از چارچوب [[مدل‌های آنالوگ گرانش]] انجام شده‌اند.

== نگاه کلی ==
سیاه‌چاله، مرکز [[گرانش]] پر قدرتی است. از دیرباز، گرانش پدید آمده از [[تکینگی گرانشی]] درون سیاه‌چاله آنقدر پر قدرت بوده که هیچ چیز حتی [[تابش الکترومغناطیسی]] نیز نمی‌تواند از آن بگریزد. هنوز معلوم نیست که گرانش چگونه با [[مکانیک کوانتومی]] پیوند می‌خورد. با این حال، دور از سیاه‌چاله، تأثیر گرانش بر محاسبات می‌تواند آنقدر ضعیف باشد که به گونه معقولی، در چارچوب [[نظریه میدان کوانتومی در فضازمان پیچ خورده]]، در نظر گرفته شود. هاوکینگ نشان داد که اثرات کوانتومی به سیاه‌چاله اجازه می‌دهند که تابش جسم سیاه مشخصی را بِتابانَد. تابش الکترومغناطیس هنگامی ایجاد می‌شود که دمای جسم سیاه، متناسب با عکس جرم سیاه‌چاله باشد.

بینش فیزیکی چگونگی این فرایند می‌تواند با فرض اینکه تابش [[ماده (فیزیک)|ماده]]-[[پادماده]]، درست کمی فراتر از افق رویداد به بیرون پرتاب شوند ممکن باشد. این تابش، مستقیماً از خود سیاه‌چاله نمی‌آید. بلکه نتیجه ذرات فرضی "تقویت شده"ای است که بر اثر گرانش سیاه‌چاله به ذرات واقعی تبدیل می‌شوند.<ref name="kumar2012">{{Cite journal|last1=Kumar|first1=K. N. P.|last2=Kiranagi|first2=B. S.|last3=Bagewadi|first3=C. S.|date=2012|title=Hawking Radiation – An Augmentation Attrition Model|journal=Adv. Nat. Sci.|volume=5|issue=2|pages=14–33|doi=10.3968/j.ans.1715787020120502.1817}}</ref> هنگامی که جفت ماده-پادماده بر اثر انرژی گرانشی سیاه‌چاله پدید می‌آید، یکی از ذره‌ها با جرم کمتر از جرم سیاه‌چاله، به خارج از سیاهچاله می‌گریزد.<ref>{{cite book|title=An Introduction to Modern Astrophysics|url=https://archive.org/details/introductiontomo0000carr_p4s9|last=Carroll|first=Bradley|last2=Ostlie|first2=Dale|publisher=Addison Wesley|year=1996|isbn=0-201-54730-9|page=[https://archive.org/details/introductiontomo0000carr_p4s9/page/673 673]}}</ref>

نگاه معمول به این فرایند این است که [[نوسان کوانتومی]] باعث پیدایش یک جفت ماده-پادماده در فاصله بسیار نزدیک به افق رویداد می‌شود. یکی از ذره‌ها به درون سیاه‌چاله می‌افتد و دیگری می‌گریزد. از دید ناطر بیرونی برای ثابت نگه داشتن انرژی کلی، [[ذرات بنیادی|ذره‌ای]] که به درون سیاه‌چاله می‌افتد باید [[انرژی منفی]] داشته باشد. این باعث می‌شود که سیاه‌چاله جرم از دست بدهد و برای بیننده بیرونی، به نظر می‌رسد که سیاه‌چاله تنها یک ذره بیرون داده است. در مدلی دیگر، این فرایند با تأثیر [[تونل‌زنی کوانتومی]] پدید می‌آید. بر اثر تونل‌زنی کوانتومی، جفت ماده-پادماده از [[خلأ]] پدید آمده و یکی از دو ذره به بیرون از سیاه‌چاله، تونل می‌زند.<ref name="kumar2012"/>

تفاوت مهم بین تابش سیاه‌چاله محاسبه شده توسط هاوکینگ و [[تابش گرمایی]] تابیده شده از جسم سیاه این است که دومی در طبیعت، آماری {{انگلیسی|Statistical}} است و تنها، میانگین آن با تابش جسم سیاه [[قانون پلانک]] همخوانی دارد. درحالیکه تابش سیاه‌چاله هاوکینگ با داده‌ها سازگارتر است. بنابراین تابش گرمایی، اطلاعاتی دربارهٔ جسمی می‌دهد که آن را می‌تاباند.<ref name="page1976">{{cite journal|last=Page|first=Don N.|author-link=Don Page (physicist)|date=1976|title=Particle emission rates from a black hole: Massless particles from an uncharged, nonrotating hole|journal=[[Physical Review D]]|volume=13|issue=2|pages=198–206|bibcode=1976PhRvD..13..198P|doi=10.1103/PhysRevD.13.198}}</ref> درحالیکه به نظر می‌رسد تابش هاوکینگ چنین اطلاعاتی را نمی‌رساند و تنها به [[نظریه بدون مو]] (جرم، [[تکانه زاویه‌ای]]، و [[بار الکتریکی]]) سیاه‌چاله وابسته است. این مسئله باعث پدید آمدن [[پارادوکس اطلاعات سیاه‌چاله]] می‌شود.<ref name="url[2001.08833] Black Hole evaporation: A Perspective from Loop Quantum Gravity">{{cite journal|last1=Ashtekar|first1=Abhay|year=2020|title=Black Hole Evaporation: A Perspective from Loop Quantum Gravity|journal=Universe|volume=6|issue=2|page=21|arxiv=2001.08833|bibcode=2020Univ....6...21A|doi=10.3390/universe6020021|doi-access=free}}</ref>

اگرچه بر پایه گمان [[نظریه ریسمان|دوگانگی گرانش-اندازه]] (که به [[تناظر ای دی اس/سی اف تی]] نیز شناخته می‌شود) سیاه‌چاله‌ها در برخی موارد مشخص (و شاید در کُل) راه حل [[نظریه میدان‌های کوانتومی]] در دمای غیر صفر باشند. این یعنی هیچ گُریز اطلاعاتی از سیاه‌چاله، انتظار نمی‌رود (زیرا نظریه میدان‌های کوانتومی امکان چنین پدیده‌ای را نمی‌دهد) و شاید تابش پخش شده از یک سیاه‌چاله، تابش گرمایی معمولی است. اگر این فرض درست باشد، محاسبه اصلی هاوکینگ، درست است. اما تا حال مشخص نشده‌است.

یک سیاه‌چاله به اندازه یک [[جرم خورشیدی]] ({{Solar mass|link=y}})، دمایی به اندازه ۶۰ نانو [[کلوین]] (۶۰ میلیاردم کلوین) دارد. در اصل، چنین سیاه‌چاله‌ای بسیار بیشتر از [[تابش زمینه کیهانی]] که خود بیرون می‌دهد جذب می‌کند. سیاه‌چاله‌ای به جرم {{val|4.5|e=22|u=kg}} (نزدیک به جرم [[ماه]]) و قطر {{val|133|ul=um}}، موازنه‌ای برابر ۲/۷ کلوین دارد و مقدار پرتو تابیده از آن و جذب کرده آن برابر است. اما هنوز سیاه‌چاله‌های نخستین کوچکتر، بیش از آنچه [[پرتو]] جذب می‌کنند باز می‌تابانند و پیرو آن جرم از دست می‌دهند.<ref name="kumar2012"/>

== کشف و معادله ==
هاوکینگ نظریه خود را پس از آن مطرح کرد که در سال [[۱۹۷۳ (میلادی)]] در [[مسکو]] [[روسیه]] با دو دانشمند [[اتحاد جماهیر شوروی سوسیالیستی]] دیدار کرد. [[یاکوف زلدوویچ]] و [[الکسی استاروبینسکی]] او را قانع کردند که [[سیاه‌چاله کر]] ذرات را تولید و از خود بیرون می‌دهند. هنگامی که هاوکینگ محاسبات را انجام داد به این نتیجه شگفت‌آور رسید که حتی سیاه‌چاله غیر چرخنده نیز دارای تابش است.<ref>{{cite book|title=A Brief History of Time|url=https://archive.org/details/briefhistoryofti0000hawk|last1=Hawking|first1=Stephen|authorlink=Stephen Hawking|date=1988|publisher=Bantam Books|year=|isbn=0-553-38016-8|location=|pages=}}</ref>

دمای تابش سیاهچاله از فرمول زیر به دست می‌آید:

:<math>T_\mathrm{H} = \frac{\hbar c^3}{8 \pi G M k_\mathrm{B}} </math>

که در آن:

h [[ثابت پلانک]]

c [[سرعت نور]]

G [[ثابت گرانش|ثابت جهانی گرانش]]

M [[جرم (فیزیک)|جرم]]

k [[ثابت بولتسمان|ثابت بولتزمن]]

و اگر اعداد را در هم ضرب کنیم این عدد که تا  هشت اعشار اول نمایش داده شده 23^10×7/71728368 به دست می‌آید پس:

T  =  7/71728368×10^23  ÷  M

== جستارهای وابسته ==
* [[شرط تورن-هاوکینگ-پرسکیل]]
* [[مدل‌های آنالوگ گرانش]]
* [[فضانوردی سیاه‌چاله]]
* [[اثر گیبونز-هاوکینگ]]
* [[تابش گرمایی]]
* [[فرایند پنروز]]
* [[اثر آنرو]]

== منابع ==
{{پانویس|۲}}

{{گرانش کوانتومی}}
{{سیاه‌چاله}}
{{استیون هاوکینگ}}

[[رده:استیون هاوکینگ]]
[[رده:سیاه‌چاله‌ها]]
[[رده:فرضیه‌های اخترشناسی]]
[[رده:کیهان‌شناسی]]
[[رده:معرفی‌شده‌های ۱۹۷۴ (میلادی)]]
[[رده:نظریه میدان کوانتومی]]