Физики создали "черную дыру" внутри компьютерного чипа

Ученые из Принстона создали уникальный микрочип, способный имитировать структуру пространства-времени внутри черной дыры или миниатюрной двумерной Вселенной. Первые результаты экспериментов с этим прибором были представлены в журнале Nature.

"Обычные компьютеры в принципе не могут просчитать поведение сложных квантовых материалов и систем. Мы попытались создать устройство, которое заставит природу провести эти расчеты за нас. Этот чип позволит нам задуматься над тем, как мы можем "встроить" квантовую механику в искривленные пространства", — рассказывает Алисия Коллар (Alicia Kollar) из Принстонского университета (США).

Обычные и сверхмассивные черные дыры обладают столь сильным тяготением, что его нельзя преодолеть, не превысив скорость света. Никакие объекты или излучение не могут вырваться из-за границы воздействия черной дыры, которая получила название "горизонт событий".

То, что происходит за горизонтом событий, остается тайной и предметом споров среди физиков. Большинство ученых считает, что мы в принципе не можем заглянуть внутрь черной дыры и изучить ее структуру, так как это приведет к крайне неприятным последствиям – в таком случае мы не сможем "примирить" между собой теорию относительности Эйнштейна и квантовую механику.

Тем не менее, черные дыры существуют, и их поведение и существование нужно как-то объяснить. Относительно недавно физики начали считать, что черные дыры на самом деле являются не трехмерными, а двумерными объектами, своеобразными космическими "голограммами".

Эта теория и описывающие ее уравнения были выдвинуты в конце 1990 годов двумя известными космологами – Хуаном Малдасеной из Принстонского университета и Герард 'т Хоофтом из университета Утрехта.

Они предположили, что пространство-время внутри черной дыры носит не "плоский" характер, как в окружающей нас Вселенной, а имеет постоянную отрицательную кривизну. Если говорить просто, то оно похоже по геометрии на седло или вывернутую сферу и устроено так, что его "край", внутренняя кромка горизонта событий, в равной степени бесконечно удален от любой точки внутри черной дыры.

Как отмечает Коллар, проверка этой теории, а также других научных идей, где используется пространство Лобачевского, осложнялась тем, что поведение частиц и других объектов в подобном пространстве было почти невозможно просчитать.

Ученые из Принстона решили эту задачу, создав первый своеобразный "симулятор черной дыры", используя миниатюрные генераторы микроволнового излучения, а также специальный чип, в который было вставлено множество кусочков сверхпроводников.

Они играют роль не проводов, а волноводов, по которым могут перемещаться частицы света, вырабатываемые источниками микроволн, и опосредованно взаимодействовать друг с другом. Эти взаимодействия будут или замедлять движение других частиц, или влиять на них иными путями.

Коллар и ее коллеги обнаружили, что если эти волноводы выложить в решетку, похожую по структуре на пчелиные соты, составленные из пяти, шести или восьмиугольников, то фотоны внутри них начинают вести себя так, как будто бы они находились внутри черной дыры или другого пространства с отрицательной кривизной.

Подобные чипы, как отмечают ученые, помогут не только раскрыть многие секреты черных дыр, в том числе и то, как испаряются подобные объекты под действием изучения Хокинга, но и ускорить многие квантовые расчеты в химии, физике и в других областях науки.

Для этого, как признает физик, необходимо поменять работу текущей версии чипа так, чтобы фотоны начали активнее взаимодействовать друг с другом. Это вполне разрешимая задача, которую исследователи из Принстона планируют решить в самое ближайшее время.