Звуковая «черная дыра», созданная в лаборатории, подтвердила теорию излучения Хокинга - Гранит науки - 2016-09-16

В 1974 году известный британский физик-теоретик Стивен Хокинг (Stephen Hawking) высказал гипотезу о том, что черные дыры, возможно, не бездонный вакуум, каким они представляются, и часть энергии попадающих в них объектов все-таки может избежать поглощения. К слову, за год до того Хокинг приезжал в Москву, где встречался с Яковом Зельдовичем и Алексеем Старобинским, которые убеждали его в том, что в соответствии с принципом неопределенности квантовой механики вращающиеся черные дыры должны порождать и излучать частицы. Сейчас эта идея известна как гипотетический процесс под названием «Излучение Хокинга».

Это излучение – следствие квантовых явлений вблизи горизонта событий черной дыры. Согласно квантовой теории поля физический вакуум наполнен постоянно рождающимися и исчезающими флуктуациями различных полей, или как их называют, «виртуальными частицами». Они образуют пары, в которых аннигилируют друг друга. Но около горизонта событий черной дыры одна из частиц может быть затянута в нее до того как произошла аннигиляция, и тогда оставшаяся частица окажется снаружи и станет излучением Хокинга. Астрофизическое наблюдение излучения Хокинга практически невозможно из-за более сильного излучения от горячих газов, падающих в черную дыру. Физик-экспериментатор Джефф Стейнхауэр (Jeff Steinhauer) из израильского Технологического института «Технион» (Technion-Israel Institute of Technology) создал аналог черной дыры, которая, по его словам, «сама по себе испускает излучение Хокинга в результате квантовых флуктуаций, возникающих по условиям эксперимента». Результаты этой работы опубликованы в журнале Nature Physics.

Аналог черной дыры был создан с использованием охлажденных атомов рубидия, введенных в квантовое состояние под названием конденсат Бозе-Эйнштейна. С помощью луча лазера Стейнхауэр смоделировал эффект водопада: атомы двигались медленно, но переливаясь через край, то есть как бы у горизонта событий, они ускорялись настолько, что их скорость превышала скорость звука. Так получилась акустическая черная дыра, где с одной стороны акустического горизонта событий, где атомы двигались со сверхзвуковой скоростью, фононы – акустические квазичастицы – улавливались.

И когда Стейнхауэр анализировал изображение такого Бозе-Эйнштейновского конденсата, он обнаружил корреляции между плотностями атомов, которые были на том же расстоянии от горизонта событий, но с другой стороны. Это указывало на запутанность пар фононов – квантовое явление взаимозависимости состояний частиц – знак того, что они возникли одновременно в результате одной и той же квантовой флуктуации и того, что имеет место излучение Хокинга. Новости мировой науки вы найдете также на странице нашей программы в газете научного сообщества «Поиск».