Вченим вперше вдалося відтворити випромінювання Гокінга

Джефф Штайнхауер, фізик Ізраїльського технологічного інституту, придумав експеримент для імітації випромінювання Хокінга в лабораторії.

З точки зору теорії Ейнштейна, чорна діра є нескінченно щільним об'єктом з практично абсолютною гравітацією, через що жодна частинка не може покинути горизонт подій - якусь умовну межу, за межі якої не може вийти навіть світло. Однак квантова механіка стверджує, що існування таких об'єктів суперечить фундаментальним законам Всесвіту. Знаменитий вчений Стівен Гокінг розробив власну модель, що пояснює природу чорних дір і їх взаємодії зі Всесвітом, в рамках якої існує так зване випромінювання Хокінга: потік частинок, що періодично покидає межі чорної діри. Саме завдяки цьому явищу існування чорних дір стає прийнятним для квантової механіки.

Щоб відтворити випромінювання Гокінга, вчені створили в лабораторії модель чорної діри, вловлювання звукових хвиль в якій відбувається за допомогою крижаної рідини. Випромінювання Гокінга спирається на основний принцип квантової теорії: за короткий період часу можуть відбуватися великі коливання енергії, а значить, космічний вакуум є наповненим частинками і античастинками, які швидко з'являються і зникають, анігілюючи при зіткненні один з одним. Однак на горизонті подій чорної діри аннігіляції не відбувається: з пари частинка-античастинка та, що виявляється ближче до чорної діри, падає в неї, а інша викидається назад у космос. Досі ніхто не міг здійснити експериментальне підтвердження теорії Гокінга, оскільки поспостерігати за надмасивними космічними об'єктами поблизу неможливо.

Штайнхауер з колегами провів досвід, в рамках якого використовував хмару з атомів рубідію, охолоджених до менш ніж однієї мільярдної частки градуса вище абсолютного нуля. При таких температурах атоми щільно упаковані і поводяться як єдиний рідкий квантовий об'єкт, яким легко маніпулювати. Низька температура також гарантує, що рідина, відома як конденсат Бозе-Ейнштейна, забезпечить безшумне середовище для проходження звукових хвиль, що виникають під час квантових флуктуацій. Використовуючи лазери, фізики змусили рідку хмару з холодних атомів рубідію течу швидше швидкості звуку, а звукові хвилі, що йдуть проти течії, виявлялися спійманими, тобто конденсат зіграв роль горизонту подій чорної діри. Пари звукових хвиль, що з'являються і зникають в лабораторному вакуумі, імітували пари частинок-античастинок і ті хвилі, які виявлялися за межами цього звукового горизонту, імітували частинки, що залишають межі чорної діри, тобто випромінювання Гокінга.

Для того щоб зробити звукові хвилі досить потужними, вчені створили другий горизонт подій всередині першого, регулюючи рідину таким чином, щоб звукові хвилі не могли пройти через другий горизонт і відскакували від нього назад. Коли звукові хвилі стикалися із зовнішнім горизонтом подій, вони створювали пари, підсилюючи випромінювання Гокінга настільки, щоб ефект можна було вловити за допомогою детекторів. Перше підтвердження існування чорної діри є, за словами вчених, важливим кроком в експериментальній космології.