№ 4

Декабрь/2022

Russian Traveler 04/2022

Ученые создали черную дыру в лаборатории, а потом она начала светиться

Фото: NASA

Эксперимент может помочь устранить противоречие между двумя непримиримыми концепциями описания Вселенной.

Используя цепочку атомов в одном ряду для имитации горизонта событий черной дыры, группа физиков наблюдала эквивалент того, что мы называем излучением Хокинга – излучения элементарных частиц, которое испускают черные дыры из-за квантовых эффектов вблизи их горизонта событий.

По словам ученых, это явление могло бы помочь устранить противоречие между двумя непримиримыми концепциями описания Вселенной: общей теорией относительности, которая описывает поведение гравитации как непрерывного поля, известного как пространство-время, и квантовой механики, описывающей поведение дискретных частиц с помощью математики вероятности.

Для единой теории квантовой гравитации, которую можно применять повсеместно, эти две теории должны найти способ как-то ужиться. Именно здесь на сцену выходят черные дыры – самые странные и экстремальные объекты во Вселенной. Эти массивные объекты настолько плотны, что на определенном расстоянии от центра масс черной дыры никакая скорость во Вселенной недостаточна для того, чтобы ее покинуть. Даже скорость света.

Это расстояние, меняющееся в зависимости от массы черной дыры, называется горизонтом событий. Как только объект пересекает эту границу, мы можем только догадываться, что там происходит. Но в 1974 году Стивен Хокинг предположил, что прерывания квантовых флуктуаций, вызванные горизонтом событий, приводят к типу излучения, очень похожего на тепловое излучение.

Но если это излучение и существует, оно слишком слабое, чтобы мы могли его обнаружить. Однако мы можем исследовать его свойства, создавая аналоги черной дыры в лабораторных условиях.

Такие эксперименты уже проводились ранее, но теперь команда из Амстердамского университета в Нидерландах добилась новых результатов. В испытании одномерная цепочка атомов служила для электронов путем перехода из одного положения в другое. Настраивая легкость, с которой может происходить этот скачок, физики могли вызвать исчезновение определенных свойств, эффективно создавая своего рода горизонт событий, который вмешивался в волновую природу электронов.

Команда заявила, что эффект этого фальшивого горизонта событий привел к повышению температуры, которое соответствовало теоретическим ожиданиям эквивалентной системы черных дыр, но только тогда, когда часть цепи вышла за горизонт событий. Это может означать, что запутывание частиц, которые пересекают горизонт событий, играет важную роль в генерации излучения Хокинга.

Моделируемое излучение Хокинга было тепловым только для определенного диапазона амплитуд скачков электронов и работало при моделировании, которое начиналось с имитации пространства-времени, которое считалось «плоским». Это говорит о том, что излучение Хокинга может быть тепловым только в ряде ситуаций и только когда происходит изменение искривления пространства-времени из-за гравитации.

По словам ученых, этот эксперимент может «открыть возможности для изучения фундаментальных аспектов квантовой механики наряду с гравитацией и искривленным пространством-временем в различных условиях конденсированного состояния».