Лабораторная черная дыра продемонстрировала излучение Хокинга

9 280 просмотров
Об авторе

Черная дыра

Модель черной дыры, которая улавливает звук вместо света, была поймана за излучением квантовых частиц, которые посчитали аналогом теоретического излучения Хокинга. Этот эффект был впервые продемонстрирован в лабораторных условиях, сообщает Phys.org, — и, возможно, от реальных черных дыр можно ожидать того же.

Черные дыры — это сверхплотные концентрации вещества, которые остаются после разрушения звезды или другого массивного тела. Их гравитация настолько сильна, что ничто, даже свет, не может покинуть границу черной дыры — так называемый горизонт событий.

Учитывая это, физики ожидали, что черные дыры, конечно, будут черными. Но в 1974 году Стивен Хокинг из Кембриджского университета предсказал, что они должны испускать слабый свет из частиц — излучение Хокинга.

Странность квантовой теории заключается в том, что вакуум космоса на самом деле не пуст, а насыщен парами частиц и их антиматериальных коллег. Как правило, эти пары уничтожают друг друга и исчезают. Но если одна попадает внутрь горизонта событий черной дыры, другая вольна убежать и становится наблюдаемой в качестве излучения Хокинга.

Свечение от настоящих черных дыр должно быть слишком слабым, чтобы его можно было увидеть и тем самым подтвердить предсказания Хокинга. Поэтому физики создали искусственные черные дыры, которые имитируют горизонт событий.

Новые горизонты

В 2010 году группа ученых под руководством Франческо Бельжорно из Университета Милана создала модель черной дыры, горизонт которой захватывал фотоны с помощью лазерных импульсов в оптоволоконном кабеле. Команда утверждала, что в процессе эксперимента наблюдалось излучение Хокинга, но другие ученые усомнились в том, что его физика соответствует реальному горизонту событий черной дыры.

Квантово-механическая жидкость могла бы в точности сымитировать точную физику горизонта событий черной дыры, хотя и в гораздо меньших масштабах. В 2009 году Джефф Штейнхауэр из Техниона — Израильского технологического института в Хайфе и его коллеги сделали именно такую модель черной дыры с помощью конденсата Бозе-Эйнштейна, квантового состояния материи, в котором скопление сверххолодных атомов ведет себя как один атом.

Теперь команда утверждает, что их черная дыра произвела именно то излучение Хокинга, которое предполагается у настоящей черной дыры. «Это говорит нам о том, что идея Хокинга на самом деле работает, — говорит Штейнхауэр. — Черная дыра действительно должна испускать излучение Хокинга».

Лазер черной дыры

Команда использовала один лазер, чтобы сконцентрировать конденсат Бозе-Эйнштейна в узкой трубе, и еще один, чтобы разогнать его до скорости звука. Быстрый поток создал два горизонта: «внешний» — в точке, где поток стал сверхзвуковым, и «внутренний», где поток снова замедлился.

Эффект Хокинга пришел из квантового шума на горизонте, говорит Уильям Унру из Университета Британской Колумбии в Канаде, который одним из первых предложил аналоги черных дыр на основе жидкости. Горизонты создают пары частиц звука, или фононов. Один фонон покидает горизонт, а другой остается в ловушке.

Один фонон слишком слаб, чтобы за ним можно было наблюдать, но фононы внутри черной дыры снуют туда и обратно между внутренним и внешним горизонтами, порождая больше и больше фононов Хокинга каждый раз, почти так же, как лазер усиливает свет. Физики называют этот эффект «лазером черной дыры».

«Излучение Хокинга растет экспоненциально, усиливается само по себе, — говорит Штейнхауэр. — Это позволяет мне наблюдать за ним, поскольку амплитуда растет». В будущем ученый надеется улучшить свои детекторы, чтобы наблюдать за излучением одного горизонта, что, в свою очередь, поможет определить, запутываются ли пары фононов. Это еще одна прогнозируемая особенность настоящих черных дыр, у которой могут быть определенные огненные последствия.

Все течет, все меняется

«Эта работа весьма впечатляет, — говорит Даниэль Фаччио из Университета Гериота-Ватта в Эдинбурге, который был в команде, сделавшей черную дыру на оптоволоконной основе. Хотя он и выдвигает свою работу как первую, которая показала, что излучение Хокинга можно измерить, он признает наглядность работы Штейнхауэра. — Эта работа подняла планку, и теперь мы видим, можно сказать, первое ясное свидетельство эффектов Хокинга и квантового вакуума. Думаю, эта работа на самом деле изменит правила игры».

Унру менее позитивен в своих утверждениях: «Я бы не сказал, что дело в шляпе, но оно явно ближе к этому, чем остальные. Совершенно очевидно, что черные дыры отличаются от текущего конденсата Бозе-Эйнштейна, и эффект, возникающий в последнем случае, не доказывает, что это произойдет и в черных дырах. Тем не менее вероятность этого растет. Математика и результаты слишком похожи, чтобы быть простым совпадением».

Лабораторная черная дыра продемонстрировала излучение Хокинга

Приложение
Hi-News.ru

Новости высоких технологий в приложении для iOS и Android.

7 комментариев

  1. storm X

    Мило, в земных условиях ученые создают микроаналоги черных дыр... (отправлено из iOS приложения Hi-News.ru)

    • Vladimir8

      Жидкостные черные дыры (хотя конденсат Бозе-Эйнштейна это вообще особое состояние вещества), а не гравитационные. Для гравитационных пока не хватит ресурсов.

  2. soso

    Полнейший БРЕД шизиков.
    "Эффект Хокинга пришел из квантового шума на горизонте, говорит Уильям Унру из Университета Британской Колумбии в Канаде, который одним из первых предложил аналоги черных дыр на основе жидкости. Горизонты создают пары частиц звука, или фононов. Один фонон покидает горизонт, а другой остается в ловушке."
    hi-news.ru
    ++++++++
    Фонон представляет собой квант колебательного движения атомов кристалла.
    Фонон — квазичастица, введённая советским учёным Игорем Таммом. Квазичастицы, в отличие от настоящих элементарных частиц, таких как электроны или кварки, являются НЕ РЕАЛЬНО существующими.
    Идея использования квазичастиц была впервые предложена Л.Д. Ландау в теории ферми-жидкости для описания жидкого гелия, позже её стали использовать в теории конденсированного состояния вещества. Описывать состояния таких систем напрямую, решая уравнения Шредингера с порядка 1023 взаимодействующими частицами, невозможно. Обойти эту трудность удается сведением задачи взаимодействия частиц к более простой задаче с невзаимодействующими квазичастицами.
    Это как в термодинамике ИДЕАЛЬНЫЙ ГАЗ - теоретич. модель газа, в к-рой пренебрегают размерами и взаимодействиями частиц газа и учитывают лишь их упругие столкновения. И. г. состоит из частиц, представляющих собой упругие сферы или эллипсоиды вместо настоящих атомов или молекул газа.

    • Vladimir8

      Как говорят учителя физики - а теперь возьмем нашего любимого, идеального сферического коня в вакууме :)
      А если серьезно где то действительно косяк:
      Первое, фонон конечно очень удобен для конденсата Бозе–Эйнштейна, потому что вместо того чтобы решать уравнения для 100500 частиц, проще решить результирущую волну (наложение всех колебаний). Вспомним на минутку как ведет себя конденсат - правильно как единый атом.
      Во-вторых это понимание фонона по аналогии с теорией фотонов.
      Просто ученые решили что волна, несущая энергию и импульс, в каком-то отношении ведет себя как частица. (частица, уподобляемая зву-
      ковой волне, называется фононом).
      Не говорить что фонон, это что то реальное бред. Фонон несет энергию и импульс (результирующие, т.е. суммарные), связанные с частотой волны и волновым вектором.
      Но нет формы и размера фонона, поэтому фонон называют не «частицей», а «квазнчастицей», а его импульс — «квазиимпульсом».

      Возможно ученые увидели что внутри одна результирующая волна, а снаружи границы другая.
      P.S. А еще я согласен - запутать фононы, это что то новое для меня также. Я думаю здесь неправильно интерпретировали.

  3. Pendelf

    "Но если одна попадает внутрь горизонта событий черной дыры, другая вольна убежать и становится наблюдаемой в качестве излучения Хокинга."
    Наверное все таки не УБЕЖАТЬ, а убегает?

    • soso

      Тут самое смешное, что фонон оказывается сам волен решать УБЕЖАТЬ или последовать за партнером в эту самую ЧД.
      БРЕД слабоумных британских ученых.
      Виктор Катющик - Стивен Хокинг сайнсфрик.

  4. Erfinder

    Генератор антиматерии: берем магнитное поле с нужным направлением и силой, и вытаскиваем античастицы из черной дыры.

Новый комментарий

Для отправки комментария вы должны авторизоваться или зарегистрироваться.