General

«Звукова чорна діра» допоможе вирішити парадокс, сформульований Стівеном Хокінгом

Чорні діри до сих залишаються одними з найбільшзагадкових об'єктів у Всесвіті. Колись в їх існування мало хто вірив. І те, що вони є в реальності, описувалося лише в різних фізичних моделях. Питання полягає в тому, як вивчити те, що знаходиться на відстані мільйонів світлових років від нашої планети? Можливо, відповідь на нього зможе дати «звукова чорна діра», яка також допоможе вирішити і один з парадоксів, що виникли ще при дослідженнях Стівена Хокінга. Але що таке «звукова чорна діра»? Давайте розбиратися.

Для початку нам потрібно трохи зануритися в історію. Ще в 1974 році Стівен Хокінг висунув припущення про те, що чорна діра насправді не чорна. Її чорний колір обумовлений тим, що гравітація в області горизонту подій настільки сильна, що навіть промені світла не можуть подолати цей вплив. Хокінг при цьому припускав, що структура простору-часу на горизонті подій буде відчувати «квантові коливання». Тобто в цей момент пари частинок і античастинок можуть звільнятися від впливу гравітації і з'являтися по обидві сторони від горизонту подій.

Цей процес був названий «Випромінюванням Хокінга». Завдяки «квантовим коливанням», що народжуються з вакууму чорної діри пари частинка-античастинка виникають поблизу горизонту подій чорної діри і одна з них «падає» всередину чорної діри, а інша «відлітає». Із закону збереження енергії випливає, що «упала» за горизонт подій частка повинна володіти негативною енергією, в той час, як «відлетіли» повинна мати енергію позитивною. Іншими словами, чорні діри втрачають енергію при випромінюванні. Вони повільно випаровуються і стискаються, в кінцевому рахунку повністю зникаючи.

У чому полягає парадокс чорних дір

Проблема в тому, що, згідно з розрахунками Хокінга,випромінювання чорної діри буде випадковим. Це означає, що випаровується чорна діра руйнує інформацію, а квантова фізика грунтується на припущенні, що інформація ніколи не втрачається. Це і є головний парадокс, укладений в дослідженні природи чорних дір.

Також цікаво: «Перша в історії справжня фотографія чорної діри»

Що таке «Звукова чорна діра»

Багато років тому фізик-теоретик Білл Унрустверджував, що ідеї Хокінга про горизонтах подій чорних дір повинні також застосовуватися до «звуковим горизонтів». Звуковий горизонт - це, грубо кажучи, аналог горизонту подій, застосовуваний до звукових хвиль з тією лише різницею, що в чорних дірах в якості одиниці вимірювання швидкості використовується швидкість світла, а в «звукових чорні діри» - швидкість звуку.

У 2016 році Джефф Штайнхауер з Техніона(Ізраїльського технологічного інституту) в місті Хайфі, Ізраїль, в одному з експериментів відтворив умови для виникнення того самого «звукового горизонту», прискорюючи рідина з атомів рубідію-87 до надзвукової швидкості. У тому ж році вдалося виявити і аналог Випромінювання Хокінга. Квантові одиниці звуку, названі фононами, з'являлися парами, і один фонон прямував за течією рідини, що рухається, в той час як інший йшов вгору за течією і «тікав».

Тепер, через три роки, вдосконаленийапарат дозволив «перевірити пророкування Хокінга». У своїй новій роботі Штайнхауер і троє його працівників були виявлені, що їх звукове випромінювання не несе інформації.

«Відкриття дає нам натяки на інформаційнийпарадокс. Теплова форма спектра говорить про те, що випромінювання Хокінга не несе ніякої інформації. Таким чином, ми повинні шукати інформацію в іншому місці, щоб вирішити його. »


Порівняння «звуковий» і «космічної» чорних дір

Ключове питання полягає в тому, чи можнарозглядати простір-час на горизонті подій чорної діри як безперервне. Нові дані підтверджують, що у випадку з рідиною, протягом якої, як відомо, безперервно, парадокс все ще зберігається, так як енергія «звуковий чорної діри», зменшуючись, призводить до втрати інформації.

Але є велика проблема: умова, здійсненне для рідин, може не працювати для простору-часу, яке не обов'язково може мати безперервний хід в області горизонту подій чорної діри. Наявність «переривається» течії часу в області горизонту подій могло б пояснити парадокс, пов'язаних із такою втратою, адже в цьому випадку пари частинок, що утворюються в результаті Випромінювання Хокінга, не зникають безслідно, а просто «переходять на інший рівень» простору-часу.

Таким чином, якщо вдасться змоделювати«Переривчасте» протягом в рамках експериментів зі «звуковий чорною дірою», ми зможемо вирішити парадокс, пов'язаний зі зникненням інформації, що виникає в області горизонту подій чорних дір.

Обговорити цю та інші новини ви можете в нашому чаті в телеграм.