Ученый смоделировал излучение черной дыры в лаборатории
40 лет назад всемирно известный астрофизик Стивен Хокинг поделился с научным миром своей теорией, согласно которой черные дыры не являются абсолютно «черными». Хокинг предположил, что при случайном возникновении пар частиц материя-антиматерия, происходящем из-за квантовых флуктуаций в вакуумном пространстве, одна из этих частиц (с положительной энергией) может избежать объятий черной дыры, в то время как другая (с отрицательной энергией) погрузится в ее горизонт событий.
Это означает, что положительная частица, грубо говоря, «займет» часть энергии (то есть массы) у черной дыры, и та, в результате все новых и новых рождений квантовых пар вблизи своего горизонта событий, должна постепенно испаряться, излучая «убежавшие» фотоны.
До сих пор, однако, испарение черных дыр, названное излучением Хокинга, не было доказано экспериментальным путем.
В новом исследовании Джеффу Стайнхауэру (Jeff Steinhauer) из Техниона (Израильский технологический институт в городе Хайфа, Израиль) удалось сымитировать излучение черной дыры прямо в лаборатории, используя атомы рубидия, лазер и звуковые волны.
Охладив атомы рубидия до температуры на грани абсолютного ноля, ученому удалось создать конденсат Бозе-Эйнштейна со свойствами жидкости, которой относительно легко управлять. Затем ученый разогнал охлажденные атомы при помощи лазера до скорости, превосходящей скорость звука. Звуковые волны от рождения квантовых пар, следующие в противоположную направлению лазера сторону, оказались пойманы в конденсате.
Таким образом, конструкция с лазером стала представлять собой модель черной дыры, или ее горизонта событий, который звуковые волны (аналог элементарных частиц в данном эксперименте) не могут покинуть.
Затем ученый соорудил при помощи манипуляций с конденсатом второй горизонт событий, любые возмущения которого записывались датчиками. Это позволило зарегистрировать те звуковые волны, которые покидали искусственный «горизонт событий» подобно частицам с положительной энергией, избежавших столкновения с черной дырой.
Регистрация этих звуковых волн, представляющих собой свидетельство «побега» одной из частиц при рождении квантовых пар, и была названа доказательством существования излучения Хокинга.
Впрочем, не все ученые, которые рецензировали статью Стайнхауэра или просто ознакомились с ней, согласны с тем, что этот эксперимент в точности моделирует физику процессов вблизи горизонта событий черной дыры.
Среди критики, например, можно встретить аргументы о том, что звуковые волны в эксперименте демонстрировали лишь одну частоту, в то время как настоящее излучение Хокинга, если оно существует, должно регистрироваться на многих частотах.
Доказательство существования излучения Хокинга может решить так называемый информационный парадокс – загадку о том, что происходит с информацией в черной дыре. Решение этой проблемы также позволит ученым сдвинуться с мертвой точки в деле разработки квантовой гравитации – долгожданной теории, которая должна объяснить явление гравитации с точки зрения квантовой механики.
Стайнхауэр уже работает над совершенствованием своего лазерного аналога черной дыры.
Статья ученого была опубликована в журнале Nature Physics.
Это означает, что положительная частица, грубо говоря, «займет» часть энергии (то есть массы) у черной дыры, и та, в результате все новых и новых рождений квантовых пар вблизи своего горизонта событий, должна постепенно испаряться, излучая «убежавшие» фотоны.
До сих пор, однако, испарение черных дыр, названное излучением Хокинга, не было доказано экспериментальным путем.
В новом исследовании Джеффу Стайнхауэру (Jeff Steinhauer) из Техниона (Израильский технологический институт в городе Хайфа, Израиль) удалось сымитировать излучение черной дыры прямо в лаборатории, используя атомы рубидия, лазер и звуковые волны.
Охладив атомы рубидия до температуры на грани абсолютного ноля, ученому удалось создать конденсат Бозе-Эйнштейна со свойствами жидкости, которой относительно легко управлять. Затем ученый разогнал охлажденные атомы при помощи лазера до скорости, превосходящей скорость звука. Звуковые волны от рождения квантовых пар, следующие в противоположную направлению лазера сторону, оказались пойманы в конденсате.
Таким образом, конструкция с лазером стала представлять собой модель черной дыры, или ее горизонта событий, который звуковые волны (аналог элементарных частиц в данном эксперименте) не могут покинуть.
Затем ученый соорудил при помощи манипуляций с конденсатом второй горизонт событий, любые возмущения которого записывались датчиками. Это позволило зарегистрировать те звуковые волны, которые покидали искусственный «горизонт событий» подобно частицам с положительной энергией, избежавших столкновения с черной дырой.
Регистрация этих звуковых волн, представляющих собой свидетельство «побега» одной из частиц при рождении квантовых пар, и была названа доказательством существования излучения Хокинга.
Впрочем, не все ученые, которые рецензировали статью Стайнхауэра или просто ознакомились с ней, согласны с тем, что этот эксперимент в точности моделирует физику процессов вблизи горизонта событий черной дыры.
Среди критики, например, можно встретить аргументы о том, что звуковые волны в эксперименте демонстрировали лишь одну частоту, в то время как настоящее излучение Хокинга, если оно существует, должно регистрироваться на многих частотах.
Доказательство существования излучения Хокинга может решить так называемый информационный парадокс – загадку о том, что происходит с информацией в черной дыре. Решение этой проблемы также позволит ученым сдвинуться с мертвой точки в деле разработки квантовой гравитации – долгожданной теории, которая должна объяснить явление гравитации с точки зрения квантовой механики.
Стайнхауэр уже работает над совершенствованием своего лазерного аналога черной дыры.
Статья ученого была опубликована в журнале Nature Physics.
Наука
Дмитрий Шершнёв
