Вчені симулювали чорну діру та випромінювання Хокінга в лабораторії
Використовуючи ланцюжок атомів, розташованих в один ряд, для моделювання горизонту подій чорної діри, група фізиків у 2022 р. спостерігала еквівалент того, що ми називаємо випромінюванням Хокінга, - частки, що народжуються в результаті збурень квантових флуктуацій, викликаних розривом простору.
Це, на їхню думку, може допомогти вирішити суперечність між двома непримиренними в даний час системами опису Всесвіту: загальною теорією відносності, яка описує поведінку гравітації як безперервного поля, відомого як простір-час, та квантовою механікою, яка описує поведінку дискретних частинок за допомогою математики імовірності.
Для створення єдиної теорії квантової гравітації, яка могла б застосовуватися повсюдно, ці дві теорії, що не змішуються, повинні знайти спосіб якось ужитися один з одним.
Саме тут і з'являються чорні дірки – можливо, найдивніші та найекстремальніші об'єкти у Всесвіті. Ці масивні об'єкти мають таку неймовірну щільність, що в межах певної відстані від центру мас чорної діри жодна швидкість у Всесвіті не дасть нічому втекти назовні.
Ця відстань, що змінюється в залежності від маси чорної діри, називається горизонтом подій. Ми можемо лише припускати, що відбувається, коли об'єкт перетинає його кордон, бо звідти нічого не повертається. Але в 1974 році Стівен Хокінг припустив, що переривання квантових флуктуацій, спричинене горизонтом подій, призводить до появи випромінювання, дуже схожого на теплове.
Якщо це випромінювання Хокінга і існує, то поки що воно надто слабке, щоб ми могли його виявити. Можливо, ми ніколи не зможемо вичленувати його з шиплячої статики Всесвіту. Але ми можемо досліджувати його властивості, створюючи в лабораторних умовах аналоги чорних дірок.
Такі експерименти проводилися і раніше, але в листопаді 2022 року група під керівництвом Лотти Мертенс із Амстердамського університету (Нідерланди) спробувала зробити щось нове.
Одномірний ланцюжок атомів служив для електронів шляхом "перестрибування" з одного положення до іншого. Налаштовуючи легкість перескоку, фізики змогли досягти зникнення певних властивостей, створивши своєрідний обрій подій, що втручався у хвилеподібну природу електронів.
За словами фахівців, ефект фальшивого горизонту подій призвів до підвищення температури, яке відповідало теоретичним очікуванням для еквівалентної системи чорних дірок, але лише в тому випадку, якщо частина ланцюжка виходила за обрій подій.
Це може означати, що заплутаність частинок, що виходять за обрій подій, відіграє важливу роль у генерації випромінювання Хокінга.
Змодельоване випромінювання Хокінга було тепловим лише певного діапазону амплітуд стрибків і за моделюванні, яке починалося з імітації виду простору-часу, що вважається " плоским " . Це дозволяє припустити, що випромінювання Хокінга може бути тепловим лише у певному діапазоні ситуацій та при зміні викривлення простору-часу під дією гравітації.
Поки незрозуміло, що це означає квантової гравітації, але модель пропонує спосіб вивчення виникнення випромінювання Хокинга за умов, куди впливає бурхлива динаміка утворення чорної діри. За словами дослідників, завдяки своїй простоті вона може бути використана в різних експериментальних установках.