Стивен Хокинг
Ничто не может ускользнуть от черной дыры! Неправда, утверждал физик Стивен Хокинг 40 лет назад. Он подсчитал, что черные дыры отдают тепловое излучение за счет квантовых эффектов. Тем не менее, сих пор никто не мог наблюдать это излучение Хокинга, так как оно слишком слабое, чтобы можно было доказать его существование астрофизическими средствами. Сейчас исследователи нашли способ усилить излучение Хокинга и, таким образом, сделать его измеримым - по крайней мере, в лабораторных условиях.
Черные дыры в космосе
Черные дыры занимают среди самых зловещих небесных тел, пожалуй, одно из первых мест: благодаря своей чрезвычайно большой массе они всасывают в себя всё, что оказывается слишком близко, и постоянно увеличиваются. Если исходить из теории, всё, что пересекает так называемый горизонт событий черной дыры, исчезает. Горизонтом событий считается точка, от которой нет пути назад. Ничто, согласно этому представлению, не может вырваться из черной дыры.
Это не так, гласит знаменитый тезис астрофизика Стивена Хокинга, который опирается на предположения квантовой теории поля. По его мнению, черные дыры всё же кое-что отдают, а именно слабое тепловое излучение.
Излучение Хокинга
Так называемое излучение Хокинга широко признано экспертами. Однако это явление нельзя было наблюдать в космическом пространстве, так как оно слишком слабое и поэтому не поддается измерению. Долгое время исследователи пытаются обнаружить излучение Хокинга - по крайней мере, в лаборатории - и создают для этого системы, напоминающие черную дыру. Это удалось Джеффу Штайнхауэру (Jeff Steinhauer) и его коллегам-физикам из Израильского технологического института в Хайфе. Они так усилили излучение, испускаемое их моделью черной дыры, что его можно было обнаружить. Таким образом, они экспериментально доказали, а также измерили постулированное излучение Хокинга, по крайней мере, в лабораторных условиях.
Квантовое колебание пространства
По предположению Хокинга, у горизонта событий - как в любом другом месте космического пространства - стихийно возникают пары из частиц и античастиц, которые позже в доли секунды снова аннигилируют. Физики называют это квантовым колебанием пространства. Согласно этой теории, казалось бы, в пустом пространстве постоянно возникают виртуальные частицы, вызванные колебаниями на квантовом уровне. Хокинг исходит из того, что одна частица из таких пар падает в черную дыру, а другая может избежать этого. По его утверждению, падающая частица высвобождает при этом потенциальную энергию, которая достаточна, чтобы катапультировать другую частицу из гравитационного поля черной дыры за ее пределы. Если эта теория верна, то и при моделировании черной дыры из неё что-то должно исходить.
Черная дыра Изображение: NASA
Команда Штайнхауэра применила для моделирования акустическую черную дыру, то есть систему, из которой входящий звук не может выйти. Для этого исследователи использовали так называемый конденсат Бозе-Эйнштейна, состоящий из ультрахолодных газов. Если позволить звуку переходить из дозвукового потока в сверхзвуковой, то в этом пункте возникает что-то вроде горизонта событий черной дыры, так как звук, который идет навстречу течению, не может покидать сверхзвуковой регион.
Лазер как усилитель
Выходящее из этой системы излучение Хокинга состоит из квантов звука, возникающих стихийно на горизонте событий. Чтобы усилить это излучение, команда создала из черной дыры ещё и лазер. Так же, как оптический лазер усиливает свет, этот лазер должен был усиливать выходящие волны звука. Для этого исследователи совместили горизонт событий черной дыры с ее противоположностью - горизонтом событий белой дыры, то есть точки, мимо которой звук не может пройти, а будет выталкиваться.
При этом они наблюдали следующее: в связи с взаимовлиянием излучения Хокинга и частиц, которые отбрасывает горизонт событий белой дыры, возникает конструктивная интерференция - то есть волны усиливают друг друга. "Между обоими горизонтами событий возникает при этом устойчивая волна, которая растет экспоненциально. Таким образом, мы наблюдаем самоусиливающееся излучение Хокинга", - пишут исследователи.
Их эксперимент впервые создал самоусиливающееся излучение Хокинга и сделал измеримым в лаборатории теоретический структурный компонент. Таким образом, Штайнхауэр и его коллеги представили интересный метод, который в будущем поможет исследовать таинственные черные дыры изнутри.
Источник:
Комментариев нет:
Отправить комментарий