Новый вид аналога черной дыры может рассказать нам кое-что о неуловимом излучении, теоретически испускаемом реальным объектом.
Используя цепочку атомов для моделирования горизонта событий черной дыры, команда физиков наблюдала эквивалент того, что мы называем излучением Хокинга - частицы, рожденные в результате возмущений в квантовых флуктуациях, вызванных разрывом черной дыры в пространстве–времени.
Черная дыра в лаборатории
По словам ученых, это может помочь разрешить напряженность между двумя в настоящее время несовместимыми теориями описания Вселенной: общей теорией относительности, которая описывает поведение гравитации как непрерывного поля, известного как пространство-время; и квантовой механикой, которая описывает поведение дискретных частиц с использованием математики вероятности. Для единой теории квантовой гравитации, которая описывала бы поведение вселенной во всех масштабах, эти две несмешивающиеся теории должны найти способ как-то ужиться друг с другом.
Именно здесь на сцену выходят черные дыры – возможно, самые странные и экстремальные объекты во Вселенной. Эти массивные объекты настолько невероятно плотные, что на определенном расстоянии от центра масс черной дыры ни один объект, с какой бы скоростью он не двигался, не сможет выйти из-под влияния ее гравитационных сил.
Это расстояние, изменяющееся в зависимости от массы черной дыры, называется горизонтом событий. Как только объект пересекает эту границу, мы можем только представить, что с ним происходит, поскольку вернуться обратно с важной информацией не может ни один объект. Но в 1974 году Стивен Хокинг предположил, что прерывания квантовых флуктуаций, вызванные горизонтом событий, приводят к генерации черной дырой излучения, очень похожего на тепловое.
Если это излучение Хокинга существует, оно слишком слабое, чтобы мы могли его обнаружить. Возможно, мы никогда не вычленим его из сигнала черной дыры. Но мы можем исследовать ее свойства, создавая аналоги черной дыры в лабораторных условиях.
Излучение Хокинга в лаборатории
Это делалось и раньше, но теперь команда, возглавляемая Лотте Мертенс из Амстердамского университета в Нидерландах, сделала что-то новое. Одномерная цепочка атомов служила для электронов путем "перехода" из одного положения в другое. Настраивая легкость, с которой может происходить этот скачок, физики могли вызвать исчезновение определенных свойств, эффективно создавая своего рода горизонт событий, который вмешивался в волновую природу электронов.
По словам ученых, эффект этого поддельного горизонта событий привел к повышению температуры, которое соответствовало теоретическим ожиданиям эквивалентной системы черных дыр, но только тогда, когда часть цепочки вышла за пределы горизонта событий. Это может означать, что запутывание частиц, которые пересекают горизонт событий, играет важную роль в генерации излучения Хокинга.