Самый известный ученый XX века Стивен Хокинг в 1974 году сделал одно из своих самых необычных предсказаний: черные дыры способны полностью испаряться. На протяжении почти 50 лет теория ученого оставалась всего лишь неподтвержденной гипотезой. Однако последние исследования говорят о том, что версия знаменитого исследователя могла быть верной, а самые таинственные объекты во Вселенной действительно могут испаряться.
Что такое черная дыра?
Черная дыра — это гигантская воронка, притягивающая абсолютно все, что встречается на ее пути. Сила притяжения этого невидимого объекта настолько велика, что даже свет не способен покинуть страшные объятия этого космического монстра.
Согласно теории Стивена Хокинга, черные дыры не являются полностью «черными», а вместо этого фактически испускают частицы. Хокинг считал, что это излучение способно поглотить столько энергии и массы от черных дыр, что может даже заставить их исчезнуть. Несмотря на то, что теория Хокинга долгое время считалась абсолютно недоказуемой, современные исследования смогли показать, что нам слишком рано делать столь поспешные выводы.
Однако совсем недавно физики смогли отыскать неуловимое излучение Хокинга и даже воспроизвести его в своей лаборатории. Хотя полученное излучение оказалось слишком слабо, чтобы быть обнаруженным в космосе нашими современными приборами, физики смогли увидеть это излучение в аналоге черной дыры, которую ученые смогли создать в лабораторных условиях.
Что такое антиматерия?
Черные дыры обладают настолько мощной гравитационной силой, что даже мельчайшая частица света — фотон, которая движется со скоростью света, не может убежать из лап этого космического монстра. Хотя вакуум обычно считается пустым, неопределенность квантовой механики показывает, что вакуум изобилует некими виртуальными частицами, которые способны образовать такое экзотическое вещество, как антиматерия. Частицы антиматерии имеют ту же массу, что и их материальные аналоги, но отличаются противоположным электрическим зарядом.
Считалось, что сразу после появления пары таких гипотетических частиц, они тут же сливаются друг с другом. Однако, как оказалось, рядом с черной дырой экстремальные силы гравитации не заставляют частицы взаимно уничтожаться, а растягивают их в противоположных направлениях, причем одна из частиц поглощается черной дырой, а вторая улетает далеко в космос. Поглощенная в результате подобного процесса частица обладает отрицательной энергией, которая взаимодействует с черной дырой и уменьшает ее энергию и массу. Если черная дыра хорошенько сможет отобедать такими виртуальными частицами, то она отдаст столько энергии, что черный монстр в конечном итоге испарится.
Можно ли создать черную дыру в лабораторных условиях?
Для того, чтобы воссоздать аналог черной дыры в лаборатории Израильского технологического института, физик Джефф Штайнхауэр и его коллеги применили чрезвычайно холодный газ, называемый конденсатом Бозе-Эйнштейна. Это вещество ученые решили использовать в целях того, чтобы смоделировать горизонт событий — своеобразной границы внутри черной дыры, за пределы которой ничто не может убежать. В проточном потоке этого газа они разместили виртуальную преграду, создав своеобразный «водопад» из газа; когда газ перетекал сквозь искусственный водопад, он превращал потенциальную энергию в кинетическую, в результате начиная двигаться быстрее скорости звука.
Вместо материи и антиматерии, которые взаимодействуют при аналогичном процессе в космосе, исследователи использовали пары квантовых звуковых волн или фононов. На одной из сторон звуковая волна имела возможность двигаться против потока газа, удаляясь от водопада, в то время как фонон на быстрой стороне этого сделать не мог, так как был захвачен смоделированной «черной дырой» из сверхзвукового газа.
Результат эксперимента показал, что теория Стивена Хокинга действительно проливает свет на загадку черных дыр: постепенное поглощение черными дырами частиц Хокинга ведет к рассеиванию галактических монстров.
Таким образом, именно идея самого гениального ученого XX века сможет помочь людям приручить однажды колоссальную энергию самых невероятных объектов Вселенной, сделав человеческую расу настоящими покорителями галактики.