Созданная в лаборатории черная дыра подтверждает теорию Стивена Хокинга

Долгое время в мире астрофизики считалось, что сила притяжения черных дыр абсолютна. То есть ничто, даже свет, не способно ее избежать, как только попало в горизонт ее событий. Затем, в 1974 году, малоизвестный молодой, но талантливый физик по имени Стивен Хокинг сделал смелое предположение о том, что согласно особенностям квантовой физики черные дыры на самом деле должны излучать едва заметные объемы электромагнитной радиации (впоследствии названной излучением Хокинга) и медленно сокращаться в размерах. На днях израильский физик Джефф Стейнхауэр заявил, что доказал эту теорию Хокинга с помощью созданной им в лабораторных условиях акустической черной дыры.

Вместо воды или света в качестве среды для проведения эксперимента Стейнхауэр использовал звуковые волны. Сначала он охладил облако атомов рубидия до абсолютного нуля, что привело их к состоянию конденсата Бозе — Эйнштейна. Затем Стейнхауэр использовал лазеры, с их помощью в облаке создалась своеобразная воронка, в центре которой скорость движения атомов стала выше скорости звука.

В своей теории Хокинг предсказал, что частицы света могут избегать горизонта событий. Но в эксперименте Стенхауэра роль этих частиц отводилась фононам (элементарная квазичастица звука). В результате эксперимента ученый отметил, что фононы способны избегать притяжения воронки. О своих результатах наблюдений исследователь подробно поделился на страницах научного журнала Nature Physics.

Профессор Джефф Стейнхауэр и его аппарат для создания искусственных звуковых черных дыр

Ученый также отметил, что избегающие притяжения воронки частицы находятся в состоянии запутанности с частицами, находящимися на краях облака. Другими словами, их физические свойства полностью совпадают. Это так называемое состояние квантовой запутанности является одной из ключевых особенностей излучения Хокинга. Согласно теории, это излучение создается, когда частицы и античастицы соединяются в пару на границе черной дыры (процесс весьма обычный для квантовой механики). Горизонт событий при этом, как нож, разрезает эту пару, что приводит к засасыванию одной частицы внутрь черной дыры, в то время как другая частица становится тем самым излучением Хокинга, избегающим силу притяжения черной дыры.

Результаты наблюдений Стейнхауэра важны не только потому, что они фактически подтверждают теорию Хокинга, но и потому, что они могут помочь нам лучше понять феномен, известный как информационный парадокс. Это известное противоречие является краеугольным камнем в физике (согласно которой информация не может быть полностью утрачена) и наших нынешних теорий о черных дырах (если они медленно сужаются, как предполагает Хокинг, то информация теряется в рамках этого процесса). Если у нас будет больше доказательств того, что излучение Хокинга действительно существует, тем больше средств у нас будет для разрешения информационного парадокса.

«Интересы людей к черным дырам и излучению Хокинга в большей степени связаны с желанием проверить новые теории и законы в физике, нежели с желанием побольше узнать о самих черных дырах […] Подтверждение существования излучения Хокинга — это шаг навстречу возможности выяснения, что эти новые законы представляют», — делится Стейнхауэр в интервью изданию Business Insider.

Как бы там ни было, физики пока не уверены в том, что эксперимент Стейнхауэра в действительности доказывает существование излучения Хокинга. В конце концов, это симуляция черный дыры. Неважно, насколько она точна, это все же симуляция.

«Этот эксперимент, если учитывать все факты, действительно восхитительный», — говорит теоретик и практик Силке Вайнфертнер.

«Но он не доказывает существование излучения Хокинга у астрофизических черных дыр».

Джордж Унру, физик, первым предложивший проведение подобных экспериментальных наблюдений, соглашается с Вайнфертнером:

«Серьезные открытия требуют серьезных подтверждений. В любом случае я согласен с тем, что это очень красивый эксперимент. Многие думали, что подобные эксперименты проводились как минимум 10 последних лет, но Стейнхауэр сделал это первым».