Самое главное предсказание Стивена Хокинга получило новое доказательство

Созданный в лаборатории аналог черной дыры предоставил новое косвенное доказательство того, что эти таинственные космические объекты действительно излучают газовые потоки заряженных частиц, сообщает портал Science Alert, ссылающийся на новое научное исследование, опубликованное в журнале Nature. Физики утверждают, что созданный ими аналог черной дыры обладает температурой, которая является необходимой предпосылкой для одноименного излучения, предсказанного Стивеном Хокингом.

Согласно общей теории относительности (ОТО), ничто не способно избежать черной дыры. Их гравитационная сила настолько велика, что даже свет, самая быстрая вещь во Вселенной, не способен развить достаточную скорость для того чтобы вырваться за пределы ее влияния. Таким образом, согласно ОТО, черные дыры не могут испускать какого бы то ни было электромагнитного излучения.

Тем не менее, предложенная в 1974 году Хокингом теория говорила о том, что если к вопросу добавить правила квантовой механики, то черные дыры действительно могут кое-то излучать. Это теоретический тип электромагнитного излучения, названного в честь самого Хокинга.

Данное гипотетическое излучение напоминает излучение черного тела, создаваемое температурой черной дыры, которая обратно пропорциональна ее массе. Обнаружить его напрямую ученым пока не удалось. Недавно были получены первые настоящие снимки черной дыры, поэтому еще все впереди. Тем не менее, физики считают, что это излучение, если и существует, то было бы слишком слабым, чтобы его можно было найти с помощью наших современных научных приборов.

Измерять температуру черной дыры — тоже непростая задача. Черная дыра с массой Солнца будет иметь температуру всего 60 нанокельвинов. Космическое микроволновое фоновое излучение, которое она будет поглощать, будет намного выше, чем излучение Хокинга, которое она бы испускала. При этом, чем больше будет размер черной дыры, тем меньше будет ее температура.

Чтобы проверить предположение Хокинга, физики из Израильского технического университета провели эксперимент с самым близким «аналогом» черной дыры, который на сегодняшний день удалось создать в лабораторных условиях.

Он был изобретен израильским физиком Джеффом Штейнхауэром в 2016 году и представляет собой бозе-конденсат холодных атомов рубидия (охлажденных почти до температуры абсолютного нуля), в одной из областей которого атомы двигаются со сверхзвуковой скоростью, а в другой двигаются очень медленно. При движении конденсат создает так называемую акустическую черную дыру, которая улавливает звук (фононы) вместо света (фотонов). Кванты звука, попадающие в эту область, пересекают своего рода «акустический горизонт событий», поскольку уже не могут ее покинуть. Изучая характеристики акустического аналога черной дыры, специалисты пришли к выводу, что они были близки к теоретическим моделям, подразумевающим наличие излучения Хокинга.

Еще входе эксперимента в 2016 году Штейнхауэр со своими коллегами смогли продемонстрировать, что в области акустического горизонта событий их аналога черной дыры могут возникать пара запутанных фононов, один из которых отталкивается от него атомами медленно текущего бозе-конденсата в пространство, создавая фактически эффект излучения Хокинга. В то же время другой фонон пары может поглощаться аналогом черной дыры за счет высокоскоростного конденсата.

Следует отметить, что в начале этого года другая группа израильских физиков из Института Вейцмана под руководством Ульфа Леонхардта создала свой аналог черной дыры, где в качестве базы для горизонта событий использовались технологии оптоволокна. Тогда ученые посчитали аналогичный наблюдаемый результат статистической аномалией. Однако новый эксперимент группы Штейнхауэра доказал, что это не так. Результат нового эксперимента еще раз показал, что один фотон может выбрасываеться в гипотетическое пространство, а другой поглощаться гипотетической черной дырой. Леонхардт уже успел прокомментировать успех группы Штейнхауэра:

«Я поздравляю Джеффа с таким результатом. Это очень важный шаг для всего нашего научного сообщества. Это то, чем действительно следует гордится», — отметил ученый в статье журнала Physics World.

«Главным новшеством работы ученых является продуманная схема обнаружения, которую они используют для извлечения температуры испускаемого излучения. Полученный ими результат с использованием квантового симулятора предоставляет первое доказательство существования излучения Хокинг», — прокомментировал результат работы израильских ученых математик Ноттингемского университета Сильке Вайнфуртнер.

Доказательства того, что Хокинг был прав, растут, но этот новый метод определения температуры аналоговой черной дыры может помочь получить более глубокое понимание термодинамики черной дыры.