Когда- то Стивен Хокинг предположил, что вокруг черной дыры должны появляться частицы, которые теперь известные как излучение, носящее имя Хокинга. Но спустя почти 50 лет излучение Хокинга еще только предстоит обнаружить в космосе или воспроизвести в лаборатории. Для этого был начат проект по созданию аналогии с «релятивистским плавающим зеркалом», и новые расчеты показывают, что эта цель не такая уж нереалистичная.
Предсказание Хокинга верно
Каждая частица, видимая за пределами горизонта события, должна медленно испаряться из черной дыры, унося с собой массу. Черная дыра должна исчезнуть после того, как у ее закончится материя.
Возможно, конец Вселенной — это не что иное, как медленно испаряющиеся черные дыры. Излучение Хокинга представляет собой нарушение принципа сохранения информации. Решение данного парадокса может открыть ключ, который позволит ученым разрешить очевидные противоречия между квантовой теорией поля и общей теорией относительности.
Хотя напрямую изучать излучение Хокинга фактически невозможно, физики могут создать более осязаемые аналоги. Проект AnaBHEL — это аббревиатура от Analog Black Hole Evaporation by Lasers (аналогия испарения черной дыры лазером). Проект был создан, чтобы воссоздать это излучение. Недавно участники AnaBHEL поделились своими мыслями о возможности работы проекта в препринте (еще не рецензированном), размещенном на ArXiv.org.
Без потерь?
Одной из загадок черных дыр, по крайней мере, для физиков, является потеря ими информации. Для большинства обычных людей это не является серьезной проблемой. Мы теряем информацию всякий раз, когда забываем сохранить документы до того, как компьютер выйдет из строя. Однако для физиков такая потеря нарушает принцип унитарности. По их законам информация никогда не может быть потеряна.
К сожалению, мы не можем привлечь к ответственности компьютеры, вышедшие из строя, за нарушение этого закона физики. Однако физики предлагают множество способов избежать испарения за счет излучения Хокинга. Можно ответить на самые фундаментальные вопросы физики, определив, какое из их решений является правильным. В работе отмечается, что хотя определить истинность этого парадокса из прямых наблюдений за небом невозможно, в связи с тем, что типичные черные дыры размером со звезду молоды и очень холодны, ответ на парадокс будет зависеть от того, насколько сильно черная дыра испаряется.
Возможность создания компактных черных дыр в лаборатории пока выходит за рамки текущих возможностей. Не говоря уже о том, что это вызывает некоторые опасения по поводу безопасности. Обычно предложения ответить на этот вопрос включают создание эквивалента излучения Хокинга. Хотя маловероятно, что аналог будет вести себя идентично оригиналу, но для начала неплохо.
Одной из возможностей создания аналогии этого является запуск высокоинтенсивного лазера по плазменной мишени с уменьшающейся плотностью. Согласно исследованию 2017 года, в результате получится «релятивистское зеркало», квантовое поле которого похоже на поле, окружающее черную дыру. Проект AnaBHEL зародился потому, что эти параллели гораздо более прямые и, следовательно, намного лучше, чем альтернативные методы.
Но даже если теория кажется здравой, эксперимент может не принести однозначного успеха, если возможности оборудования окажутся недостаточно продвинутыми. Например, детекторы могут быть недостаточно чувствительными, чтобы уловить все излучение. Бозон Хиггса — это сложная частица, для обнаружения которой потребовались годы исследований. Это произошло потому, что ускорителям частиц в начале охоты не хватало необходимой мощности.
В исследовании поддерживается идея о том, что ускоряющее релятивистское лазерное зеркало является хорошей альтернативой черной дыре и что строящаяся сейчас в рамках проекта система должна быть достаточно адекватной поставленным задачам.
Этим летом планируется первое испытание. Если оно не удастся, то в следующем году появится возможность применить более мощный лазер.
И даже если эксперимент сработает, авторы признают, что он не даст с ходу ответа на основной вопрос. И без эксперимента известно, что в лабораторных условиях унитарность сохраняется, поэтому сохранность информации в лабораторных условиях фактически гарантирована. Просто релятивистское зеркало может помочь ученым понять, как это происходит.
