Если вблизи черной дыры находится какое-то другое небесное тело или просто сильно разреженный межзвездный газ, то они будут притягиваться ею и падать, словно в бездонную пропасть. Масса черной дыры будет при этом возрастать, возрастет и площадь горизонта событий. То же самое произойдет, если сольются две черные дыры.
А вот уменьшиться площадь горизонта событий не может ни при каких обстоятельствах. В этом отношении ее поведение напоминает фундаментальное свойство совершенно другой физической характеристики — энтропии. Второе начало термодинамики гласит: в любом физическом процессе энтропия только увеличивается либо остается постоянной. Но точно так же ведет себя и горизонт событий черной дыры.
Теоретики воспользовались этой аналогией, чтобы лучше разобраться в свойствах черных дыр. Проводя эту параллель и приписывая черной дыре конечное значение энтропии, приходится признать, что в этом случае черная дыра должна также иметь и конечную температуру. Но если у черной дыры есть температура, то она должна излучать тепловую энергию, т. е. делать то, на что она не способна в принципе. Возник, казалось бы, почти неразрешимый парадокс!
Снять этот парадокс сумел английский физик-теоретик Стивен Хокинг, рассмотревший квантовые свойства черных дыр. Один из основных постулатов квантовой механики — соотношения неопределенности Гейзенберга — гласит: нельзя одновременно с высокой точностью определить координаты и скорость частицы. Чем точнее мы определяем координаты, тем более неопределенным оказывается значение скорости. И наоборот: попытка поточнее измерить скорость неизбежно ведет к тому, что значения координат все более и более размываются в пространстве. То же самое происходит с измерением энергии частицы в некоторый момент времени.
Развивая этот подход, Хокинг показал, что вблизи горизонта событий должны испускаться частицы — фотоны, электроны и нейтрино, причем распределение их энергии по спектру должно соответствовать излучению абсолютного черного тела. Это «черное тело» не следует путать с самой черной дырой — близким к «черному» спектром излучения обладает, например, наше Солнце.
Каков же механизм того, что черная дыра, которая никак не может испускать никаких частиц, все-таки делает это? Здесь вступает в игру еще один физический объект, которого мы пока не упоминали, — квантовый вакуум. Космическое пространство снаружи горизонта событий нельзя считать абсолютной пустотой: из соотношений Гейзенберга следует, что он буквально «кипит» частицами, которые на ничтожно малое время возникают, чтобы тут же исчезнуть, аннигилировать.
Рассмотрим пары частиц и античастиц — из-за краткого времени жизни их называют виртуальными, — которые возникают в квантовом вакууме на горизонте событий. Приливные силы в этой области настолько велики, что могут инициировать еще более быстрый процесс — разбегание пары частица-античастица. При этом один из партнеров вследствие разбегания может оказаться за горизонтом событий и тогда аннигиляция пары, нормальная в обычных условиях, оказывается невозможной. В результате некоторое количество оставшихся «одинокими», а потому переставших быть виртуальными частиц может вылететь из окрестности черной дыры и быть зарегистрированным внешним наблюдателем. В результате черная дыра, с его точки зрения, перестает быть по-настоящему черной, т. е. невидимой.
«Классическая» черная дыра, полностью изолированная от остальной части Вселенной, должна существовать вечно. Иное дело «светящаяся» черная дыра — теряя энергию в соответствии с механизмом, указанным Хокингом, она в конце концов должна будет полностью испариться.
Правда, время жизни такой черной дыры сильно зависит от ее массы. Например, черная дыра с массой, равной солнечной, просуществует 1066 лет, т. е. практически вечно. Другой будет судьба черных дыр с малой массой. По расчетам Хокинга, гигантские флуктуации плотности в первые моменты после Большого Взрыва могли привести к возникновению черных мини-дыр микроскопических размеров, например, с радиусом порядка 10-13 см и массой 1012 кг. Температура такой первичной черной дыры составляла бы 1011 градусов, а мощность испускаемых ею электронов, фотонов и других частиц — примерно 6 миллионов кВт, как у самых крупных современных гидроэлектростанций.