Найвідоміший вчений XX століття Стівен Хокінг у 1974 році зробив одне зі своїх найбільш незвичайних передбачень: чорні дірки здатні повністю випаровуватися. Протягом майже 50 років теорія вченого залишалася всього лише непідтвердженою гіпотезою. Однак останні дослідження говорять про те, що версія знаменитого дослідника могла бути вірною, а самі таємничі об’єкти у Всесвіті дійсно можуть випаровуватися.
Що таке чорна діра?
Чорна діра — це гігантська воронка, яка притягує абсолютно все, що зустрічається на її шляху. Сила тяжіння цього невидимого об’єкта настільки велика, що навіть світло не здатне покинути страшні обійми цього космічного монстра.
Згідно з теорією Стівена Хокінга, чорні діри не є повністю «чорними», а замість цього фактично випускають частинки. Він вважав, що це випромінювання здатне поглинути стільки енергії і маси від чорних дір, що може навіть змусити їх зникнути. Незважаючи на те, що теорія Хокінга довгий час вважалася абсолютно недовідною, сучасні дослідження змогли показати, що нам зарано робити такі поспішні висновки.
Проте зовсім нещодавно фізики змогли відшукати невловиме випромінювання Хокінга і навіть відтворити його у своїй лабораторії. Хоча отримане випромінювання виявилося занадто слабким, щоб бути виявленим у космосі нашими сучасними приладами, фізики змогли побачити це випромінювання в аналогу чорної діри, яку вчені змогли створити в лабораторних умовах.
Що таке антиматерія?
Чорні діри мають настільки потужну гравітаційну силу, що навіть найдрібніша частинка світла — фотон, яка рухається зі швидкістю світла, не може втекти з лап цього космічного монстра. Хоча вакуум зазвичай вважається порожнім, невизначеність квантової механіки показує, що вакуум рясніє якимись віртуальними частинками, які здатні утворити таку екзотичну речовину, як антиматерія. Частинки антиматерії мають ту ж масу, що і їхні матеріальні аналоги, але відрізняються протилежним електричним зарядом.
Вважалося, що відразу після появи пари таких гіпотетичних частинок, вони тут же зливаються один з одним. Однак, як виявилося, поруч з чорною дірою екстремальні сили гравітації не змушують частинки взаємно знищуватись, а розтягують їх у протилежних напрямках, причому одна з частинок поглинається чорною дірою, а друга відлітає далеко в космос. Поглинена в результаті такого процесу частинка володіє негативною енергією, яка взаємодіє з чорною дірою і зменшує її енергію і масу. Якщо чорна діра гарненько зможе пообідати такими віртуальними частинками, то вона віддасть стільки енергії, що чорний монстр в кінцевому підсумку випарується.
Чи можна створити чорну діру в лабораторних умовах?
Для того, щоб відтворити аналог чорної діри в лабораторії Ізраїльського технологічного інституту, фізик Джефф Штайнхауер і його колеги застосували надзвичайно холодний газ, званий конденсатом Бозе-Ейнштейна. Цю речовину вчені вирішили використовувати в цілях того, щоб змоделювати горизонт подій — своєрідний кордон всередині чорної діри, за межі якої ніщо не може втекти. В проточному потоці цього газу вони розмістили віртуальну перешкоду, створивши своєрідний «водоспад» з газу; коли газ перетікав крізь штучний водоспад, він перетворював потенційну енергію в кінетичну, в результаті починаючи рухатися швидше швидкості звуку.
Перша штучна чорна діра була створена в Ізраїлі
Замість матерії і антиматерії, які взаємодіють при аналогічному процесі в космосі, дослідники використовували пари квантових звукових хвиль або фононів. На одній зі сторін звукова хвиля мала можливість рухатися проти потоку газу, віддаляючись від водоспаду, в той час як фонон на швидкій стороні цього зробити не міг, оскільки був захоплений змодельованою «чорною дірою» з надзвукового газу.
Результат експерименту показав, що теорія Стівена Хокінга дійсно проливає світло на загадку чорних дір: поступове поглинання чорними дірами частинок Хокінга веде до розсіювання галактичних монстрів.
Таким чином, саме ідея геніального вченого XX століття зможе допомогти людям приручити одного разу колосальну енергію найнеймовірніших об’єктів Всесвіту, зробивши людську расу справжніми підкорювачами галактики.