Главный вклад Стивена Хокинга в физику чёрных дыр состоит не в одной «теории», а в соединении общей относительности, квантовой теории и термодинамики. Его работы помогли показать, что чёрная дыра имеет температуру и должна испускать чрезвычайно слабое тепловое излучение.
От сингулярностей к площади горизонта
Вместе с Роджером Пенроузом Хокинг развивал теоремы о сингулярностях. Они показали, что при достаточно общих условиях гравитационный коллапс в классической общей относительности ведёт к неполноте пространственно-временных траекторий. Это не фотография физической точки бесконечной плотности, а строгий признак того, что классическое описание достигает своего предела.
Джейкоб Бекенштейн связал энтропию чёрной дыры с площадью горизонта. Хокинг первоначально сомневался в буквальной термодинамической интерпретации, но квантовый расчёт привёл к температуре, обратно пропорциональной массе.
Излучение и испарение
Квантовые поля в искривлённом пространстве-времени дают наблюдателю вдали почти тепловой поток. Популярный рассказ о паре виртуальных частиц у горизонта — лишь образ; он не заменяет расчёт и иногда создаёт ошибочное впечатление, будто частицы уже существовали как обычные объекты.
Из-за излучения чёрная дыра теряет энергию и массу. Чем меньше масса, тем выше температура и быстрее испарение. Для астрофизических чёрных дыр температура очень мала по сравнению с окружающим фоном, поэтому прямое обнаружение их излучения пока недоступно.
Информационная проблема
Если чёрная дыра полностью испаряется в идеально тепловой поток, кажется, что информация о квантовом состоянии падавшего вещества теряется. Это конфликтует с обычной унитарной эволюцией квантовой механики. «Информационный парадокс» породил десятилетия исследований; единого экспериментально подтверждённого решения пока нет.
Хокинг также сделал космологию публичной темой благодаря книгам и лекциям, но его научное наследие не следует смешивать с любым высказыванием о космосе, приписанным знаменитому автору. Краткую профессиональную оценку работ даёт мемориальный текст Королевского астронома Мартина Риса, опубликованный Центром теоретической космологии Кембриджа.