Дослідники з університету Сент-Ендрюс, Шотландія, стверджують, що знайшли спосіб імітувати горизонт події чорної діри - не через нову космічну техніку спостереження, і не за рахунок потужного суперкомп'ютера…, а в лабораторії. Використовуючи лазери, довжину оптичного волокна та залежно від деяких химерних квантових механізмів, може бути створена «особливість» для зміни довжини хвилі лазера, синтезуючи ефекти горизонту події. Якщо цей експеримент може створити горизонт подій, теоретичний феномен випромінювання Хокінга може бути перевірений, можливо, даючи Стівен Хокінг найкращий шанс на здобуття Нобелівської премії.
То як же створити чорну діру? У космосі чорні діри створюються розпадом масивних зірок. Маса зірки руйнується вниз до єдиної точки (після закінчення палива та зазнання наднової) за рахунок масивних гравітаційних сил, що діють на тіло. Якщо зірка перевищить певну межу "межі" (тобто Межа Чандрасехара - максимум, при якому маса зірки не може підтримувати її структуру проти сили тяжіння), вона розвалиться на дискретну точку (сингулярність). Простір-час буде настільки викривленим, що вся локальна енергія (матерія і випромінювання) потраплять у сингулярність. Відстань від сингулярності, на якій навіть світло не може уникнути гравітаційного потягу, відоме як горизонт подій. Зіткнення частинок високої енергії космічними променями, що впливають на верхню атмосферу, може створити мікро чорні діри (МБГ). Великий адронний колайдер (у ЦЕРН, поблизу Женеви, Швейцарія) також може спричинити зіткнення, достатньо енергійні для створення MBH. Цікаво, що якщо LHC може виробляти MBH, теорія Стівена Хокінга про «радіацію Хокінга» може бути доведена, якщо створені MBH випаруються майже миттєво.
Хокінг пророкує, що чорні діри випромінюють радіацію. Ця теорія парадоксальна, оскільки жодне випромінювання не може уникнути горизонту події чорної діри. Однак Хокінг теоретизує, що завдяки химерності квантової динаміки виникають чорні діри може виробляють радіацію.
Простіше кажучи, Всесвіт дозволяє створювати частинки всередині вакууму, "запозичуючи" енергію з оточення. Щоб зберегти енергетичний баланс, частинка та її античастинка можуть жити лише короткий час, дуже швидко повертаючи позичену енергію, знищуючи один з одним. Поки вони з'являються і не існують протягом квантового періоду часу, вони вважаються "віртуальними частинками". Створення до знищення має чисту нульову енергію.
Однак ситуація змінюється, якщо ця пара частинок формується на горизонті події чорної діри або біля неї. Якщо одна з віртуальної пари потрапить у чорну діру, а її партнер викидається далеко від горизонту подій, вони не зможуть знищити. Обидві віртуальні частинки стануть «справжніми», дозволяючи тіку, що витікає, нести енергію та масу подалі від чорної діри (захоплену частинку можна вважати негативною масою, тим самим зменшуючи масу чорної діри). Ось так випромінювання Хокінга прогнозує «випаровування» чорних дір, оскільки маса втрачається на цю квантову вигадку на горизонті подій. Хокінг пророкує, що чорні діри будуть поступово випаровуватися і зникати, плюс цей ефект буде найбільш помітним для маленьких чорних дір і MBH.
Тож… назад до нашої лабораторії Сент-Ендрюса…
Проф. Ульф Леонхардт сподівається створити умови горизонту подій чорної діри за допомогою лазерних імпульсів, можливо, створивши перший прямий експеримент для випробування випромінювання Хокінга. Леонхардт - експерт у «квантових катастрофах», точка, в якій хвиляста фізика руйнується, створюючи особливість. На нещодавній зустрічі "Космологія зустрічається згущеною речовиною" в Лондоні команда Леонгардта оголосила про свій спосіб імітувати один з ключових компонентів середовища горизонту подій.
Світло рухається через матеріали з різною швидкістю, залежно від їх хвильових властивостей. Група Сент-Ендрюса використовує два лазерних променя, один повільний, один швидкий. По-перше, повільне поширюється імпульс вистрілює оптичне волокно, а потім швидший імпульс. Швидший імпульс повинен «наздогнати» більш повільний імпульс. Однак, коли повільний імпульс проходить через середовище, він змінює оптичні властивості волокна, викликаючи уповільнення швидкого імпульсу. Це те, що відбувається зі світлом, коли він намагається вирватися з горизонту подій - він настільки сповільнений, що стає «в пастці».
“Теоретичними розрахунками ми показуємо, що така система здатна досліджувати квантові ефекти горизонтів, зокрема випромінювання Хокінга. " - З майбутнього документу групи Сент-Ендрюс.
Вплив двох лазерних імпульсів на інше, щоб імітувати фізику в межах горизонту подій, здається дивним, але це нове дослідження може допомогти нам зрозуміти, чи створюються MBH в LHC і може підштовхнути Стівена Хокінга трохи ближче до заслуженої Нобелівської премії.
Джерело: Telegraph.co.uk
