Границата, в която теориите отказват сътрудничество
Първоначалният опит на теоретичната физика да изгради универсална система от мерки се основаваше на фундаменталните константи — скоростта на светлината във вакуум, гравитационната константа и константата на Планк. На хартия това изглежда като елегантно решение, премахващо субективните човешки стандарти като метъра и секундата. Проблемът обаче настъпва тогава, когато абстрактните сметки трябва да се приложат към реалната материя. Повечето Планкови единици са толкова екстремни, че нямат нищо общо с физическия опит на човечеството. Планковата дължина е изключително малка, а Планковата плътност — невъобразимо голяма.
Масата на Планк обаче прави рязък и неудобен отклон от тази закономерност. Тя се равнява на около 22 микрограма. В макросвета това е масата на незабележима песъчинка, яйце на прахообразен акар или прашинка, която едва регистрираме върху лабораторната везна. В микросвета обаче това количество е астрономическо — то надвишава масата на протона близо 20 милиарда пъти. Точно тук се отварят първите сериозни пробойни в теорията.
Пресечната точка между гравитационния коллапс и квантовата неопределеност
В рамките на квантовата механика всяка частица притежава така наречената Комптънова дължина на вълната. Това е пространственият мащаб, в който квантовите ефекти и локализацията започват да доминират нейното поведение. Колкото по-тежка е една частица, толкова по-малка е тази дължина. От друга страна, релативистката физика на Айнщайн изисква всеки обект с определена маса да притежава радиус на Шварцшилд — физическия размер, до който ако тази маса се свие, тя неизбежно формира събитиен хоризонт и се превръща в черна дупка.
За всички познати елементарни частици Комптъновата дължина на вълната е много по-голяма от техния въображаем радиус на Шварцшилд, което прави гравитационните им ефекти напълно пренебрежими. За астрофизичните обекти като звезди и планети положението е точно обратното — радиусът на Шварцшилд е доминиращ, а квантовите вълнови свойства са абсолютно невидими. Стойността от 22 микрограма бележи единствената точка в природата, в която тези две абсолютно различни дължини стават идентични.
Това означава, че ако опитваме да сбием маса от порядъка на Планковата в обект с нейната квантова дължина, получената структура започва едновременно да се държи като микроскопична черна дупка и като локализирана квантова частица. В полукласическия модел на Стивън Хокинг черните дупки губят маса чрез термично излъчване. Големите макроскопски черни дупки губят енергия изключително бавно и могат да съществуват трилиони години. Но колкото по-малка е масата на една черна дупка, толкова по-висока е нейната температура и толкова по-бързо протича изпарението.
При доближаване до прага от 22 микрограма, полукласическите уравнения на Хокинг просто спират да дават физически смислени резултати. Скоростта на излъчване клони към безкрайност, а времето на живот на такава микроскопична черна дупка става толкова кратко, че самият термин „обект“ губи смисъл. На теория това е минималната маса, при която една черна дупка би могла да съществува като самостоятелна стабилна структура, преди квантовите флуктуации на самия вакуум да я разкъсат.
