Учёные увидели аналог излучения Хокинга в лабораторной симуляции чёрной дыры
Расположив цепочку атомов в одну линию, чтобы смоделировать горизонт событий чёрной дыры, группа физиков наблюдала эквивалент того, что мы называем излучением Хокинга — частицы, рождённые в результате возмущений квантовых флуктуаций, вызванных разрывом пространства-времени чёрной дыры.
По их словам, этот эксперимент может помочь приблизиться к разрешению противоречия между двумя непримиримыми в настоящее время теориями, описывающими Вселенную: общей теорией относительности, которая описывает поведение гравитации в рамках непрерывной ткани пространства-времени, и квантовой механикой, которая описывает поведение дискретных сущностей с помощью вероятностей. Исследование было опубликовано в журнале Physical Review Research.
Для создания единой теории квантовой гравитации, которая могла бы стать долгожданной «Теорией всего», эти две несовместимые теории должны найти способ как-то ужиться друг с другом.
Именно здесь в дело вступают чёрные дыры — возможно, самые странные и экстремальные объекты во Вселенной. Эти массивные объекты настолько плотные, что в пределах определённого расстояния от центра чёрной дыры никакой скорости, даже скорости света, не хватит, чтобы убежать из их гравитационного колодца.
Это расстояние, изменяющееся в зависимости от массы чёрной дыры, называется радиусом горизонтом событий. Как только объект пересекает его границу, он становится потерянным для нас, и мы можем только представлять, что с ним происходит, поскольку никакая информация оттуда уже не возвращается.
Но в 1974 году Стивен Хокинг предположил, что прерывание квантовых флуктуаций, вызванное горизонтом событий, приводит к появлению излучения, очень похожего на тепловое излучение.
Если это излучение Хокинга существует, то оно слишком слабое, чтобы мы могли его обнаружить. Возможно, нам никогда не удастся вычленить его из фонового излучения Вселенной. Но мы можем исследовать его свойства, создавая аналоги чёрных дыр в лабораторных условиях.
Это делалось и раньше, но в опубликованном в прошлом году исследовании под руководством Лотты Мертенс из Амстердамского университета в Нидерландах учёные сделали нечто новое.
В эксперименте электроны «перепрыгивали» по одномерной цепочки атомов из одного положения в другое. Настроив параметры атомов, влияющие на лёгкость, с которой происходит этот прыжок, физики смогли создать своего рода горизонт событий, взаимодействующий с волновой природой электронов.
По словам команды, эффект этого псевдо-горизонта событий привёл к повышению температуры, которое соответствовало теоретическим ожиданиям от чёрной дыры. Это может означать, что запутанность частиц, выходящих за горизонт событий, играет важную роль в создании излучения Хокинга.
Неясно, что это означает для построения теории квантовой гравитации, но данная модель предлагает способ изучения появления излучения Хокинга в среде, на которую не влияет бурная динамика формирующейся чёрной дыры. И, поскольку она чрезвычайно проста, её можно использовать в широком диапазоне экспериментальных установок, говорят исследователи.
«Это может открыть возможности для изучения фундаментальных квантово-механических аспектов наряду с гравитацией и искривлёнными пространствами в различных условиях конденсированной материи», — объясняют исследователи в своей статье.
