Ученым впервые удалось наблюдать квантовые эффекты излучения Хокинга в лабораторных условиях

Джефф Стеинхоер (Jeff Steinhauer), ученый-физик из израильского Технологического института (Israel Institute of Technology), провел ряд экспериментов, во время которых он пытался создать "виртуальную" черную дыру в лабораторных условиях. Можно сказать, что эти эксперименты были успешными, ученому удалось доказать, что теория Стивена Хокинга, описывающая излучение от черной дыры, является верной, несмотря на то, что эксперименты были основаны на использовании звуковых колебаний, а не волн света. Следует отметить, что то, что ученому удалось увидеть воочию некоторые квантовые эффекты излучения Хокинга от виртуальной черной дыры, является первым разом в истории науки, когда нечто подобное было создано в лабораторных условиях.

Достаточно долгое время ученые считали, что ничего не может покинуть пределов черной дыры, пройдя условную границу, называемую горизонтом событий. Однако, в 1974 году известный ученый Стивен Хокинг (Stephen Hawking) опубликовал работу, обосновывающую то, что некоторые частицы все же могут покинуть пределы черной дыры. Поток этих частиц получил название излучения Хокинга и образуется он за счет спонтанного рождения пар запутанных на квантовом уровне частиц и античастиц на границе горизонта событий. При этом, одна из частиц проваливается внутрь горизонта событий, а вторая - "сбегает" в пространство, унося с собой частицу энергии и массы черной дыры.

Такой эффект служит объяснением феномена, заключающегося в том, что некоторые из черных дыр со временем становятся меньше и в конечном счете полностью исчезают. Однако, излучение Хокинга настолько слабо, что никому не удалось измерить его непосредственно, единственной возможностью для проверки теории Хокинга являлось и является создание виртуальных черных дыр в лабораторных условиях.

Один из типов виртуальных черных дыр был предложен в 1981 году ученым-физиком Биллом Анрухом (Bill Unruh) из университета Британской Колумбии. В его модели роль фотонов света играют фононы, кванты звуковых колебаний. Эти фононы возникают на краю виртуального водопада, на границе, где поток воды резко ускоряется, падая вниз. И в некоторых случаях на границе водопада может возникать пара запутанных на квантовом уровне фононов, один из которых падает вместе с водой, а второй - "сбегает" наружу, становясь аналогом излучения Хокинга. И Джеффу Стеинхоеру удалось создать в своей лаборатории устройство, основанное на вышеописанной идее, которое позволило ему наблюдать эффект излучения Хокинга.

Читайте также: К концу столетия уровень Мирового океана поднимется на 3,5 метра

Основу эксперимента составлял небольшой объем жидкости, в котором при помощи света лазера создавался быстрый поток. На границе неподвижной жидкости и быстрого потока возникали пары запутанных фононов, некоторые из которых разделялись. Один фонон увлекался потоком, движущимся быстрее скорости звука, а второй оставался в объеме спокойной жидкости, т.е. "сбегал из виртуальной черной дыры". В качестве жидкости выступа конденсат Бозе-Эйнштейна, состоящий из облака 87 атомов рубидия. Джеффу Стеинхоеру потребовалось повторить эксперимент 4600 раз для того, чтобы удостовериться в том, что фононы на самом деле являются запутанными на квантовом уровне и один из них является аналогом излучения Хокинга.

К сожалению, подобный эксперимент не является прямым доказательством теории Хокинга. Однако, результаты этого эксперимента увеличивают степень достоверности теории и такая ситуация будет продолжаться до той поры, пока ученые не получат в свое распоряжение технологии и инструменты, которые позволят произвести первые прямые измерения излучения Хокинга.