Створена в лабораторії чорна діра підтверджує теорію Стівена Хокінга

Довгий час в світі астрофізики вважалося, що сила тяжіння чорних дір абсолютна. Тобто нічого, навіть світло, не може її уникнути, як тільки потрапило в горизонт подій. Потім, в 1974 році, маловідомий молодий, але талановитий фізик на ім'я Стівен Хокінг зробив сміливе припущення про те, що згідно з особливостями квантової фізики чорні діри насправді повинні випромінювати ледь помітні обсяги електромагнітної радіації (згодом названої випромінюванням Хокінга) і повільно зменшуватися в розмірах. Днями ізраїльський фізик Джефф Стейнхауер заявив, що довів цю теорію Хокінга за допомогою створеної ним в лабораторних умовах акустичної чорної діри.

Замість води чи світла в якості середовища для проведення експерименту Стейнхауер використовував звукові хвилі. Спочатку він охолодив хмару атомів рубідію до абсолютного нуля, що привело їх до стану конденсату Бозе — Ейнштейна. Потім Стейнхауер використовував лазери, з їх допомогою в хмарі створилася своєрідна воронка, в центрі якої швидкість руху атомів стала вище швидкості звуку.

У своїй теорії Він передбачив, що частинки світла можуть уникати горизонту подій. Але в експерименті Стенхауера роль цих частинок відводилася фононам (елементарна квазичастица звуку). В результаті експерименту вчений зазначив, що фонони здатні уникати тяжіння воронки. Про результати своїх спостережень дослідник докладно поділився на сторінках наукового журналу Nature Physics.

Учений також зазначив, що уникають тяжіння воронки частинки перебувають у стані заплутаності з частинками, що знаходяться на краях хмари. Іншими словами, їх фізичні властивості повністю збігаються. Це так зване стан квантової заплутаності є однією з ключових особливостей випромінювання Хокінга. Згідно теорії, це випромінювання створюється, коли частинки і античастки з'єднуються в пару на кордоні чорної діри (процес досить звичайний для квантової механіки). Горизонт подій при цьому, як ніж, розрізає цю пару, що призводить до засмоктування однієї частинки всередину чорної діри, в той час як інша частка стає тим самим випромінюванням Хокінга, уникає силу тяжіння чорної діри.

Результати спостережень Стейнхауера важливі не тільки тому, що вони фактично підтверджують теорію Хокінга, але і тому, що вони можуть допомогти нам краще зрозуміти феномен, відомий як інформаційний парадокс. Це відоме протиріччя є наріжним каменем у фізиці (згідно з якою інформація не може бути повністю втрачено) і наших нинішніх теорій про чорні діри (якщо вони повільно звужуються, як припускає Хокінг, то інформація втрачається в рамках цього процесу). Якщо у нас буде більше доказів того, що випромінювання Хокінга дійсно існує, тим більше коштів у нас буде для дозволу інформаційного парадоксу.

"Інтереси людей до чорних дірок і випромінювання Хокінга більшою мірою пов'язані з бажанням перевірити нові теорії і закони фізики, ніж з бажанням побільше дізнатися про самих чорних дірах [...] Підтвердження існування випромінювання Хокінга — це крок назустріч можливості з'ясування, що ці нові закони представляють", — ділиться Стейнхауер в інтерв'ю виданню Business Insider.

Як би там не було, фізики поки не впевнені в тому, що експеримент Стейнхауера насправді доводить існування випромінювання Хокінга. Зрештою, це симуляція чорної діри. Неважливо, наскільки вона точна, це все ж симуляція.

"Цей експеримент, якщо враховувати всі факти, дійсно чудовий", — говорить теоретик і практик Силці Вайнфертнер.

"Але він не доводить існування випромінювання Хокінга у астрофізичних чорних дір".

Джордж Унру, фізик, який першим запропонував проведення подібних експериментальних спостережень, погоджується з Вайнфертнером:

"Серйозні відкриття вимагають серйозних підтверджень. У будь-якому випадку я згоден з тим, що це дуже красивий експеримент. Багато хто думав, що подібні експерименти проводилися як мінімум 10 останніх років, але Стейнхауер зробив це першим".