Ізраїльські фізики перевірили, чи є еквівалент випромінювання Хокінга в «штучній» чорній дірі стаціонарним. Для цього автори створили аналог цих астрономічних об’єктів в лабораторії.
Чорні діри – це об’єкти, гравітаційне тяжіння яких настільки сильне, що ні речовина, ні випромінювання при попаданні в них не може вибратися назовні. Згідно з розрахунками й теоретичним прогнозам, на певній відстані від центру чорної діри існує її горизонт подій. Після проходження цього горизонту об’єкт вже не може покинути меж чорної діри і рухається до її центру зі все наростаючою швидкістю, яка, однак, не може перевищувати світлову.
Фізик-теоретик Стівен Хокінг передбачив, що попри те, що ніщо не може подолати горизонт подій, чорні діри можуть спонтанно випускати слабкі імпульси випромінювання. Згідно з передбаченнями Хокінга, це випромінювання, назване його ім’ям, є спонтанним – виникає буквально «на рівному місці» – і стаціонарним – тобто, його інтенсивність практично не змінюється з плином часу.
Вчені з Ізраїльського технологічного інституту вирішили перевірити стаціонарність випромінювання Хокінга в лабораторії. Для цього вони створили штучну чорну діру діаметром близько 0,1 міліметра, яка складалася з 8000 атомів рубідію в газовій фазі. Кожен раз, коли дослідники знімали це скупчення, воно руйнувалося через взаємодію зі світлом.
Щоб спостерігати еволюцію штучної чорної діри в часі, вчені повинні були створити об’єкт, сфотографувати його і потім створити новий. Цей процес автори повторювали багато разів, протягом декількох місяців. В результаті вченим вдалося помітити, як рубідієва чорна діра починала повільно випаровуватися внаслідок випущення подібності випромінювання Хокінга.
Але в разі цієї моделі, випромінювання являє собою не електромагнітні хвилі, а звукові. Атоми рубідію рухаються швидше за швидкість звуку, тому звукові хвилі не можуть досягти горизонту подій і вирватися з чорної діри. Однак за межами горизонту подій газ тече повільно, тому звукові хвилі можуть в ньому вільно переміщатися.
Автори спостерігали, як в їх аналогу чорної діри одна звукова хвиля перетинала горизонт подій, рухаючись ззовні, а інша покидала об’єкт, як би обмінюючись місцями з хвилею, яка прийшла ззовні. Подібний процес відбувається і в реальних чорних дірах: на горизонті подій можуть утворюватися пари частинка-античастинка, одну зі складових якої може затягнути чорна діра. При цьому друга складова пари залишає горизонт подій у вигляді випромінювання Хокінга. У новому дослідженні вчені помітили подібний ефект, але зі звуковими хвилями.
Стаття опублікована в журналі Nature Physics.
Натхнення: www.popmech.ru