Research, Technology

Вчені створили чорну дірку в лабораторії і вона почала світитися

Серед незліченної безлічі космічнихоб'єктів, найбільш загадковими є чорні дірки – області простору-часу, сила тяжіння яких настільки велика, що навіть фотони світла не можуть вирватися за межі їхнього горизонту подій. Вважається, що надмасивні чорні дірки знаходяться в центрах галактик і Чумацький Шлях – не виняток. І хоча наші знання про Всесвіт і його мешканців обмежені, вчені продовжують збирати їх по крихтах. З розвитком технологій найважливішим науковим інструментом стали комп'ютерні моделі – з допомогою дослідники розробили реалістичні моделі Всесвіту. Більше того, раніше цього року команда фізиків з Амстердамського університету змоделювала обрій подій чорної діри в лабораторії. Може здатися дивовижним, проте штучна чорна діра почала випромінювати випромінювання, як і передбачав знаменитий фізик-теоретик Стівен Хокінг. Це відкриття, ймовірно, дозволить вченим розробити абсолютно нову фізичну теорію, що поєднує загальну теорію відносності (ОТО) та принципи квантової механіки. Але як?

Нові дослідження показують, що штучні чорні дірки функціонують так само, як справжні

У 1974 році Стівен Хокінг припустив, що невеликі чорні дірки можуть випаровуватися, що в цілому є парадоксом, оскільки покинути обрій подій не можуть навіть фотони самого світла.

Космічні монстри

Чорні дірки починають свій життєвий шлях зісмерті – зірки, чия маса перевищує сонячну мінімум утричі, вигоряють і вибухають, відкидаючи зовнішню оболонку, після чого стискуються та колапсують у чорні дірки. Цей процес відбувається постійно – нові зірки народжуються, старі – гинуть. І що більше зірка, то швидше вона спалює паливо і гине. Однак походження надмасивних чорних дірок (маса яких перевищує сонячну в мільйони та мільярди разів) досі невідома.

Цей процес настільки дивовижний, що сучасна наука приділяє йому багато уваги: ​​невеликі чорні дірки, можливо, сформувалися у центрі молодих галактик у процесі злиття (Зіткнення).Розуміння фізики цих об'єктів є ключем до розгадки фундаментальних законів, які керують Всесвітом. Все тому, що чорні дірки є межею двох найбільш перевірених теорій - ОТО і квантової механіки.

Навряд чи у Всесвіті знайдуться об'єкти, дивніші, ніж чорні дірки

Нагадаємо, що ВТО Ейнштейна описує гравітацію як результат деформації простору-часу масивними об'єктами, а квантова теорія - пристрій світобудови на рівні атомів.

Але незважаючи на отримані зображення горизонтуподій чорної діри в серці Чумацького Шляху та в центрі галактики M87 (Messier 87), питань у вчених, як і раніше, багато. Так, британський фізик-теоретик Стівен Хокінг десятиліттями вивчав ці таємничі об'єкти і в 1974 році припустив, що переривання квантових флуктуацій горизонту подій випромінює тип випромінювання, схожий на теплове. Проблема у тому, що це випромінювання, мабуть, занадто слабке, щоб його змогли знайти жителі Землі.

випромінювання Хокінга

Щоб проаналізувати властивості випромінюванняХокінга, дослідники вирішили створити його аналог у лабораторії (цим грішать багато молодих вчених), що в результаті вдалося групі фізиків з Амстердамського університету. У ході дослідження фізики спостерігали приголомшливий результат своєї роботи - світіння на змодельованому горизонті подій, щоправда, при дотриманні певних умов.

Зазначимо, що штучне випромінювання, що спостерігається, являє собою частинки, створені обуреннями квантових флуктуацій через викривлення простору-часу силою гравітації чорної діри.

Запропонована модель у майбутньому дозволить вивчитинавколишнє чорні діри простір, який впливає екстремальна динаміка їх освіти. «Наша робота може допомогти у подальшому вивченні фундаментальних аспектів квантової механіки, а також гравітації та викривленого простору-часу у різних середовищах із конденсованою матерією», — пишуть автори нового дослідження.

Перед вами чорна діра поглинає матерію прямо в центрі нашої Галактики

Більше по темі: Теорія Стівена Хокінга про чорні діри отримала підтвердження

Але що ще дивніше – отриманірезультати приводять нас прямісінько до феномену квантової заплутаності – явища, у якому дві частки залишаються пов'язаними незалежно від цього, наскільки далеко перебувають друг від друга. Як вважають автори роботи, опублікованої в журналі Monthly Notices of the Royal Astronomical Society, заплутаність частинок, що перетинають обрій подій, відіграє важливу роль у генерації випромінювання Хокінга.

Чорна діра з лабораторії

Щоб створити обрій подій у лабораторнихумовах, фізики змоделювали однорядний ланцюжок атомів. Випромінювання Хокінга, що виникло в результаті, — частинки, створені обуреннями квантових флуктуацій через розрив простору-часу чорною діркою — виявилося у вигляді видимого світіння.

Потім команда зайнялася безпосереднім створеннямштучної чорної дірки – для чого і був розроблений одномірний ланцюжок атомів, між яким електрони «стрибають» з одного положення до іншого. Налаштувавши легкість, з якою можуть відбуватися ці стрибки, дослідники створили своєрідний обрій подій, який заважав хвилеподібній природі електронів.

Чорна діра розвивається за рахунок речовини, яка поглинає

Різна сила зв'язку між атомами імітуєвикривлення простору-часу у присутності чорної дірки. По суті, ми використовували "ланцюжок атомів в одному файлі для моделювання горизонту подій чорної діри", щоб спостерігати випромінювання Хокінга, - розповіли дослідники, про що повідомляє видання ScienceAlert.

Як зазначають автори наукової роботи, розробленамодель відповідала теоретичним очікуванням у той час, коли частина ланцюжка атомів виходила за обрій подій. Це може означати, що квантова заплутаність частинок генерує випромінювання Хокінгу. Правда, що саме отримані результати означають для теорії квантової гравітації, що поки не існує, неясно. На щастя, працю команди з Амстердамського університету можна використовувати в різних експериментальних установках, а значить, подальших відкриттів не уникнути.

Завдяки зіткненню двох чорних дірок дослідники довели існування гравітаційних хвиль. Ця знаменна подія відбулася у 2017 році та була відзначена Нобелівською премією з фізики

Як тільки об'єкт перетинає обрій подійчорної дірки, нам залишається лише гадати, що лежить за його межами. Не виключено, що ці космічні монстри можуть виявитися порталами в інші всесвіти або способом подорожі нашою власною. Докладніше про те, як фізики-теоретики дійшли такого висновку, ми розповідали раніше, не пропустіть.

Бажаєте першими дізнаватися про останні наукові відкриття в галузі фізики та високих технологій? Підписуйтесь на наш канал в Telegram щоб завжди бути в курсі того, що відбувається!

Нагадаємо, що одним із головних бажань СтівенаХокінга було створення єдиної теорії квантової гравітації, яка могла б поєднати дві непримиренні теорії і, отже, могла б застосовуватися повсюдно і нарешті дізнатися про фундаментальні закони Всесвіту і нашого існування в ньому. Про інші, не менш інтригуючі наукові теорії про квантові властивості чорних дірок, можна прочитати тут.