Research

Найголовніше пророкування Стівена Хокінга отримало новий доказ

Створений в лабораторії аналог чорної діринадав нове непрямий доказ того, що ці таємничі космічні об'єкти дійсно випромінюють газові потоки заряджених частинок, повідомляє портал Science Alert, який посилається на нове наукове дослідження, опубліковане в журналі Nature. Фізики стверджують, що створений ними аналог чорної діри має температуру, яка є необхідною передумовою для однойменного випромінювання, передбаченого Стівеном Хокінгом.

Чорні діри нічого не випромінюють. Або все-таки випромінюють?

Відповідно до загальної теорії відносності (ЗТВ),ніщо не здатне уникнути чорної діри. Їх гравітаційна сила настільки велика, що навіть світло, найшвидша річ у Всесвіті, не здатний розвинути достатню швидкість для того щоб вирватися за межі її впливу. Таким чином, згідно з ОТО, чорні діри не можуть випускати будь-якого було електромагнітного випромінювання.

Проте, запропонована в 1974 році Хокінгтеорія говорила про те, що якщо до питання додати правила квантової механіки, то чорні діри дійсно можуть дещо то випромінювати. Це теоретичний тип електромагнітного випромінювання, названого в честь самого Хокінга.

Дане гіпотетичне випромінювання нагадуєвипромінювання чорного тіла, що створюється температурою чорної діри, яка обернено пропорційна її масі. Виявити його безпосередньо вченим поки не вдалося. Нещодавно були отримані перші справжні знімки чорної діри, тому ще все попереду. Проте, фізики вважають, що це випромінювання, якщо і існує, то було б занадто слабким, щоб його можна було знайти за допомогою наших сучасних наукових приладів.

Вимірювати температуру чорної діри - теж непростазадача. Чорна діра з масою Сонця матиме температуру всього 60 нанокельвінов. Космічне мікрохвильове фонове випромінювання, яке вона буде поглинати, буде набагато вище, ніж випромінювання Хокінга, яке вона б випускала. При цьому, чим більше буде розмір чорної діри, тим менше буде її температура.

Щоб перевірити припущення Хокінга, фізики зІзраїльського технічного університету провели експеримент з найближчою «аналогом» чорної діри, який на сьогоднішній день вдалося створити в лабораторних умовах.

Випромінювання Хокінга реально?

Він був винайдений ізраїльським фізиком ДжеффомШтейнхауером в 2016 році і являє собою бозе-конденсат холодних атомів рубідію (охолоджених майже до температури абсолютного нуля), в одній з областей якого атоми рухаються з надзвуковою швидкістю, а в інший рухаються дуже повільно. При русі конденсат створює так звану акустичну чорну діру, яка вловлює звук (фонони) замість світла (фотонів). Кванти звуку, що потрапляють в цю область, перетинають свого роду «акустичний горизонт подій», оскільки вже не можуть її покинути. Вивчаючи характеристики акустичного аналога чорної діри, фахівці прийшли до висновку, що вони були близькі до теоретичних моделей, який передбачає наявність випромінювання Хокінга.

Ще вході експерименту в 2016 році Штейнхауер зісвоїми колегами змогли продемонструвати, що в області акустичного горизонту подій їх аналога чорної діри можуть виникати пара заплутаних фононів, один з яких відштовхується від нього атомами повільно поточного бозе-конденсату в простір, створюючи фактично ефект випромінювання Хокінга. У той же час інший фонон пари може поглинатися аналогом чорної діри за рахунок високошвидкісного конденсату.

Слід зазначити, що на початку цього року іншагрупа ізраїльських фізиків з Інституту Вейцмана під керівництвом Ульфа Леонхардт створила свій аналог чорної діри, де в якості бази для горизонту подій використовувалися технології оптоволокна. Тоді вчені вважали аналогічний спостережуваний результат статистичної аномалією. Однак новий експеримент групи Штейнхауера довів, що це не так. Результат нового експерименту ще раз показав, що один фотон може вибрасиваеться в гіпотетичне простір, а інший поглинатися гіпотетичної чорною дірою. Леонхардт вже встиг прокоментувати успіх групи Штейнхауера:

«Я вітаю Джеффа з таким результатом. Це дуже важливий крок для всього нашого наукового співтовариства. Це те, чим дійсно варто пишається », - зазначив вчений у статті журналу Physics World.

«Головним нововведенням роботи вчених єпродумана схема виявлення, яку вони використовують для вилучення температури випускається випромінювання. Отриманий ними результат з використанням квантового симулятора надає перший доказ існування випромінювання Хокінг », - прокоментував результат роботи ізраїльських вчених математик Ноттінгемського університету Сильке Вайнфуртнер.

Докази того, що Хокінг був прав, ростуть, але цей новий метод визначення температури аналогової чорної діри може допомогти отримати більш глибоке розуміння термодинаміки чорної діри.

Обговорити новину можна в нашому Telegram-чаті.