Излучение, испускаемое черными дырами, слишком слабое, чтобы обнаружить его в космосе, но физики придумали креативные способы его измерения в лабораторных условиях.
В 1974 году Стивен Хокинг сделал одно из своих самых известных предсказаний: все черные дыры в конечном итоге полностью испарятся.
Согласно теории Хокинга, черные дыры не являются абсолютно «черными», а фактически испускают частицы. Хокинг считал, что вместе с этим излучением черная дыра теряет энергию и массу, и в конечном итоге просто исчезнет. Эта теория широко принималась за истину, но доказать ее было почти невозможно.
Однако физики впервые показали это неуловимое излучение Хокинга в лабораторных условиях. Несмотря на то, что излучение Хокинга слишком слабое, чтобы его можно было обнаружить в космосе при помощи современных приборов, физики засекли его в аналоге черной дыры, созданном с использованием звуковых волн и одних из самых холодных и странных веществ во вселенной.
Черные дыры обладают настолько мощной гравитационной силой, что могут поймать даже фотон, движущийся со скоростью света. В то время как вакуум космоса обычно считается пустым, квантовая механика говорит, что на самом деле он кишит виртуальными частицами, которые всплывают и исчезают парами вещество-антивещество. (Частицы антивещества имеют ту же массу, что и их аналоги, но противоположный электрический заряд.)
Обычно после появления пары виртуальных частиц они немедленно уничтожают друг друга. Однако рядом с черной дырой экстремальные силы тяжести разделяют частицы, причем одна из них поглощается черной дырой, а другая улетает в космос. Поглощенная частица имеет отрицательную энергию, которая уменьшает энергию и массу черной дыры. После поглощения определенного количества этих виртуальных частиц черная дыра испарится. Выходящие частицы известны как излучение Хокинга.
Это излучение достаточно слабое, поэтому сейчас мы не можем обнаружить его в космосе, но физики придумали креативные способы его измерения в лабораторных условиях.
Физик Джефф Штайнхауэр и его коллеги из Израильского технологического института «Технион» в Хайфе использовали чрезвычайно холодный газ, называемый конденсатом Бозе-Эйнштейна, для моделирования горизонта событий черной дыры. Они направили поток таким образом, что образовался «водопад» газа; когда газ протекал через водопад, потенциальная энергия превращалась в кинетическую энергию, и поток разгонялся быстрее скорости звука.
Вместо частиц вещества и антивещества исследователи использовали пары фононов или квантовых звуковых волн в потоке газа. Фонон на медленной стороне мог перемещаться против потока газа, по направлению от водопада, в то время как фонон на быстрой стороне не мог, захваченный «черной дырой» сверхзвукового газа.
«Это как если бы вы пытались плыть против течения, скорость которого выше вашей, - сказал Штайнхауэр в интервью Live Science. - Вы бы чувствовали, что двигаетесь вперед, но на самом деле вы возвращаетесь назад. То же самое с фотоном в черной дыре, который пытается выбраться из черной дыры, но притягивается гравитацией в противоположном направлении».
Хокинг предсказал, что излучение частиц будет происходить в непрерывном спектре длин волн и энергий. Он также сказал, что у них будет одна температура, которая зависит только от массы черной дыры. Недавний эксперимент в звуковой черной дыре подтвердил оба этих прогноза.
«Это эксперименты на силу», - говорит Рено Парентани, физик-теоретик из Лаборатории физической теории Парижского университета. Парентани также изучает аналоговые черные дыры, но с теоретической точки зрения; он не участвовал в новом исследовании. «Это очень точный эксперимент. Джефф Штайнхауэр - ведущий эксперт по использованию холодных атомов для экспериментального исследования физики черных дыр».
Однако Парентани подчеркнул, что это исследование является «одним шагом долгого пути». В частности, это исследование не показало корреляцию фононных пар на квантовом уровне, что является еще одним важным аспектом предсказаний Хокинга.
«Продолжение следует, - сказал Парентани. - Это далеко не конец».
<< Ставьте палец вверх если понравилась статья. >>>
<<< Подписывайтесь на наш канал. >>>
< --- Спасибо, что читаете нас. --->
