Wat is Hawkingstraling?

De Hawkingstraling is vernoemd naar de theoretisch natuurkundige Stephen Hawking, die de straling ook ontdekte. Hij was de eerste die kwantummechanica aan zwaartekracht bond. De straling is verantwoordelijk voor het 'verdampen' van een zwarte gaten.

Wat is een zwart gat?

Een zwart gat is een hemellichaam dat ontstaat aan het eind van het 'leven' van een ster. Er vindt dan een supernova-explosie plaats, waarna de ster in elkaar klapt. Omdat de zwaartekracht kwadratisch toeneemt als de afstand tussen twee massa's kleiner wordt, begint de ster steeds harder aan zichzelf te trekken. Dit zorgt ervoor dat de afstand nog verder afneemt, waarna de kracht nog groter wordt. Het resultaat is een hoop massa, met een hele hoge dichtheid en daardoor een heel sterk gravitatieveld. Dit veld is zo sterk dat licht er vanaf een bepaalde afstand niet meer aan kan ontsnappen. Omdat licht de hoogst mogelijke snelheid heeft, kan vanaf die lijn dus niks meer aan de zwaartekracht van het zwarte gat ontsnappen. Deze lijn wordt de waarnemingshorizon genoemd. Wat er te zien is, voor of na deze lijn, is onduidelijk omdat het nog nooit waargenomen is. Het is namelijk bijna onmogelijk om nog maar dicht genoeg in de buurt van de waarnemingshorizon te komen, zonder in stukken te worden gescheurd door de zwaartekracht (dit omdat een deel van de waarnemer dichter bij het zwaartepunt van het zwarte gat zit dan de rest van zijn lichaam, is daar de kracht en daarmee ook de versnelling van dat deel veel hoger dan de rest van het lichaam). Zwarte gaten ontstaan alleen als de massa van de ster voor de supernova groot genoeg is. Zwarte gaten kunnen alleen worden gedetecteerd door te kijken naar de omgeving van het zwarte gat.

Wat is Hawkingstraling?

In de quantummechanica gelden de onzekerheidswetten. Een voorbeeld van een van deze wetten, is het 'onzekerheidsprincipe van Heisenberg'. Deze zegt de je nooit twee grootheden van één deeltje kunt meten, zonder de meting te verpesten. Ter illustratie: de relatie tussen plaats en impuls. Zodra je plaats van een deeltje meet, verandert de impuls van het deeltje. Zodra je de impuls van een deeltje meet, verandert de plaats. De onzekerheidswetten gaan tegen veel logica in. Er zijn ook weinig of geen manieren om deze wetten ergens mee te vergelijken. De onzekerheidswetten vertellen onder andere dat er op de waarnemingshorizon, constant virtuele deeltjes en virtuele anti-deeltjes ontstaan. Deze deeltjes ontstaat altijd in paren. Er zijn daarom altijd even veel anti-deeltjes als deeltjes. Deze deeltjes annihileren (heffen elkaar op) tot energie, volgens E=m*c². Dit zorgt ervoor dat er netto, nog steeds evenveel deeltjes zijn en ook even veel energie. Er zijn nu drie mogelijkheden:

1. De deeltjes ontstaan binnen de waarnemingshorizon waardoor ze in het zwarte gat vallen en er voor de waarnemer buiten de waarnemingshorizon niks gebeurt.
2. De deeltjes ontstaan buiten de waarnemingshorizon waardoor de deeltjes buiten het zwart gat kunnen annihileren.
3. Er ontstaat één deeltje binnen de waarnemingshorizon en er ontstaat er een buiten de horizon. Nu ontstaat de situatie dat de deeltjes niet meer kunnen annihileren. Het deeltje dat buiten de waarnemingshorizon is, dat verandert in een reëel deeltje. Nu is er een tegenstrijdigheid. Er is nu één virtueel deeltje en een echt deeltje. Het virtuele deeltje is nu niet meer verbonden met het echte deeltje, het is geen paar meer. Om toch nog te kunnen verdwijnen (lees: annihileren) krijgt het deeltje een negatieve massa, waardoor het met het zwarte gat kan reageren. Dit zorgt ervoor dat de temperatuur van het zwarte gat stijgt. Het zwarte gat krijgt dus energie en verliest massa (een vorm van energie). Totaal gezien verliest het zwarte gat dus energie, ook al wint het een beetje temperatuur. Het deeltje dat wel aan de zwaartekracht ontsnapte is de Hawkingstraling.

Voetnoot

Er is nog nooit experimenteel bewijs geleverd voor de Hawkingstraling. Dit onder andere omdat de kwantummechanica zich niet bepaald leent voor het uitvoeren van experimenten. Er lopen nog wel onderzoeken naar een experimenteel bewijs voor de Hawkingstraling. De straling kan gebruikt worden voor de bepaling van de exacte massa van het zwarte gat (dmv de Planck-kromme). De snelheid waarmee dit proces plaatsvindt is enorm klein, zodat het nooit zal voorkomen dat een zwart gat in zijn geheel verdampt. Het krijgt alleen al meer energie binnen door middel van achtergrondstraling dan het verliest door de Hawkingstraling.