Звуковая черная дыра подтверждает теорию Хокинга

Черная дыра

В 1974 году покойный Стивен Хокинг утверждал, что помимо массы и вращения черные дыры могут характеризоваться уникальной температурой. Он также заявил, что черные дыры не только поглощают материю, но и излучают радиацию. Исследователи из Израильского технологического института решили проверить эту теорию, создав в лаборатории аналог черной дыры. Результаты согласуются с предсказаниями Хокинга, давая больше пищи для размышления.

Черная дыра определяется как область пространства-времени, гравитация которого чрезвычайно сильная, что мешает чему-либо, в том числе и свету, покинуть её пределы. По сути, это означает, что мы не можем видеть черную дыру напрямую хотя в этом году астрономы сфотографировали горизонт событий черной дыры (закрученная яркая граница черной дыры). Судя по теоретическим расчетам и наблюдениям ученых, у черных дыр существуют рентгеновские лучи, которые испускаются из неё закрученными газовыми дисками. Движения ближайших звезд также могут определять наличие черной дыры. На самом деле, считается, что большинство галактик, включая Млечный путь, удерживаются из-за гравитации сверхмассивных черных дыр (масса которых, в миллионы раз превышает массу Солнца), которые располагаются в галактическом центре.

Но если все засасывается в черную дыру, а обратно не возвращается, что происходит с информацией, которую ранее содержали эти объекты? Согласно законам квантовой механики, материя не может просто исчезнуть, не оставив информации о своем предыдущем состоянии. Итак, с одной стороны, у нас есть физика, которая говорит, что информация никогда не пропадает, а с другой стороны, мы знаем, что объект, который находится слишком близко к горизонту событий черной дыры, может навсегда исчезнуть. Это известно как информационный парадокс черной дыры и Стивен Хокинг пытался разгадать его в течение десятилетий. Его исследования в конечном итоге привели к разработке теории излучения Хокинга, в которой физик утверждал, что не вся материя попадает в черную дыру. В некоторых случаях, когда запутанные частицы притягиваются в черную дыру, только одна из них (неважно какая) падает внутрь черной дыры, а другая улетает и доступна для наблюдения. Хокинг назвал эти вылетающие частицы излучением Хокинга, предположив, что при этом процессе должно происходить тепловое излучение, температура которого будет зависеть от размера черной дыры.

Проверка такой теории практически невозможна, поскольку в настоящее время нам не хватает технологии, необходимой для измерения излучения реальной черной дыры. Именно поэтому команде исследователей из Израильского технологического института пришлось придумать креативное решение. Для своего нового исследования авторы создали конденсат Бозе-Эйнштейна, пятое агрегатное состояние материи, где знакомая физика исчезает, и квантовые явления начинают преобладать, даже в макроскопическом масштабе. В этом агрегатном состоянии материя почти перестает вести себя как частица и начинает вести себя как волна. В конденсате Бозе-Эйнштейна можно наблюдать как «волны атомов» движутся синхронно друг с другом, как капли воды в морской волне.

Экспериментальная установка для создания аналога черной дыры
Экспериментальная установка для создания аналога черной дыры. Изображение: Джефф Штайнхауэр

Чтобы воссоздать конденсат Бозе-Эйнштейна, израильские исследователи взяли 8000 атомов рубидия и сфокусировали на них лазерный луч, охлаждая вещество до одной миллиардной доли выше абсолютного нуля. Для придания более плотного состояния одной стороне конденсата Бозу-Эйнштейна был задействован ещё один лазер. По словам исследователей, это привело к переходу, который движется с постоянной скоростью через конденсат из более плотной области (за пределами черной дыры) в менее плотную область (аналогично внутренней части черной дыры). Исследователи говорят, что звуковые волны, проходящие через более плотную область, движутся быстрее, чем этот переходный поток, позволяя звуку двигаться в любом направлении, но переходя в менее плотную область, текущие атомы препятствуют выходу звуковых волн (подобно тому, как свет захватывается гравитацией черной дыры).

В экспериментах исследователи заставили один из пары фононов попасть в поток атомов рубидия, в то время как другому было позволено «убежать». Когда исследователи измерили оба фонона, они зафиксировали среднюю температуру 0,035 миллиардных долей Кельвина, что согласуется с предсказаниями Хокинга.

Эти результаты никоим образом не подтверждают теорию Хокинга, потому что для этого требуются технологии, которых в настоящее время не существует. Тем не менее, исследование, опубликованное в журнале Nature, показывает, что Хокинг определенно в чем-то был прав.

Оставьте первый комментарий

Оставить комментарий

Ваш электронный адрес не будет опубликован.


*