Доктор Стівен Хокінг виголосив тривожну теорію в 1974 році, яка стверджує, що чорні діри випаровуються. Тепер, через 40 років, дослідник оголосив про створення моделювання випромінювання Хокінга в лабораторних умовах.
Можливість виникнення чорної діри виникла з теорії загальної відносності Ейнштейна. Карл Шварцшильд у 1916 р. Першим усвідомив можливість гравітаційної сингулярності з границею, що оточує її, при якій світло або матерія не можуть вийти.
Цього місяця Джефф Штейнгауер з Техніону - Ізраїльський технологічний інститут описує у своїй роботі «Спостереження за самосилюючим випромінюванням Хокінга в аналоговому чорнозерному лазері» у журналі Nature, як він створив аналоговий горизонт подій за допомогою речовини охолоджений до майже абсолютного нуля і за допомогою лазерів вдалося виявити випромінювання випромінювання Хокінга. Чи може це бути першим вагомим доказом існування випромінювання Хокінга і, як наслідок, запечатати долю всіх чорних дір?
Це не перша спроба створення аналога випромінювання Хокінга в лабораторії. У 2010 році був створений аналог із скляного блоку скла, лазера, дзеркал та охолодженого детектора (Phys. Rev. Letter, Sept 2010); ніякий дим не супроводжував дзеркала. Ультракороткий імпульс інтенсивного лазерного світла, що проходить крізь скло, викликав показник заломлення індексу заломлення (RIP), який функціонував як горизонт подій. Від RIP випромінювали світло. Тим не менш, результати F. Belgiorno et al. залишаються суперечливими. Ще експерименти все ж таки гарантовані.
Остання спроба реплікації випромінювання Хокінга Штейнгауером застосовує більш високотехнологічний підхід. Він створює конденсат Бозе-Ейнштейна, екзотичний стан речовини при дуже близькій абсолютній нульовій температурі. Межі, створені в конденсаті, функціонували як горизонт подій. Однак, перш ніж вдаватися до додаткових деталей, давайте зробимо крок назад і розглянемо, що Штейнгауер та інші намагаються повторити.
Рецепт виготовлення випромінювання Хокінга починається з чорної діри. Чорна діра будь-якого розміру зробить. Теорія Хокінга стверджує, що менші чорні діри будуть швидше випромінюватися, ніж більші, і за відсутності речовини, що потрапляє в них - нарощення, «випаруються» набагато швидше. Гігантські чорні діри можуть зайняти більше, ніж мільйон разів більше, ніж теперішній вік Всесвіту, щоб випаровуватися шляхом випромінювання Хокінга. Як і шина з повільним витоком, більшість чорних дір доставлять вас до найближчої ремонтної станції.
Так у вас чорна діра. Він має горизонт подій. Цей горизонт також відомий як радіус Шварцшильда; перевірка світла або матерії в горизонті подій ніколи не може перевірити. Або так це було прийняте розуміння, поки теорія доктора Хокінга не витримала цього. А поза горизонтом події - звичайний простір з деякими застереженнями; розгляньте це з доданими спеціями. На горизонті подій сила тяжіння від чорної діри настільки екстремальна, що викликає та збільшує квантові ефекти.
Весь космос - всередині нас та оточуючих нас до кінців Всесвіту включає квантовий вакуум. Скрізь у квантовому вакуумі космосу з'являються і зникають пари віртуальних частинок; негайно знищити один одного на надзвичайно коротких часових масштабах. При екстремальних умовах на горизонті подій матеріалізуються віртуальні пари частинок і античастинки, такі як електрон і позитрон. Ті, які виявляються достатньо близько до горизонту подій, можуть мати ту чи іншу віртуальну частинку, захоплену гравітацією чорних дір, залишаючи лише одну частинку, яка, отже, тепер вільна додати до випромінювання, що виходить навколо чорної діри; випромінювання, яке в цілому - це те, що астрономи можуть використовувати для виявлення наявності чорної діри, але безпосередньо не спостерігати за нею. Це розлучення віртуальних частинок чорною дірою на її горизонті подій, що викликає випромінювання Хокінга, що саме по собі представляє чисту втрату маси з чорної діри.
То чому б астрономи не просто шукають у космосі радіацію Хокінга? Проблема полягає в тому, що випромінювання дуже слабке і перевантажене випромінюванням, яке виробляється багатьма іншими фізичними процесами, що оточують чорну діру з накопичувальним диском. Випромінювання заглушується хором енергетичних процесів. Отже, найбільш негайною можливістю є копіювання випромінювання Хокінга за допомогою аналога. Хоча випромінювання Хокінга слабке порівняно з масою та енергією чорної діри, випромінювання, по суті, весь час знаходиться у Всесвіті, щоб відколоти його материнське тіло.
Саме тут зближення зростаючого розуміння чорних дір призвело до проведення натурних робіт доктора Хокінга. Теоретики, включаючи Хокінга, зрозуміли, що незважаючи на квантову і гравітаційну теорію, необхідну для опису чорної діри, чорні діри також поводяться як чорні тіла. Вони регулюються термодинамікою і є рабами ентропії. Виробництво випромінювання Хокінга можна охарактеризувати як термодинамічний процес, і саме це повертає нас до експерименталістів. Інші термодинамічні процеси можуть бути використані для тиражування випромінювання цього виду випромінювання.
Використовуючи конденсат Боза-Ейнштейна в посудині, Штайнгауер направляв лазерні промені в тонкий конденсат для створення горизонту подій. Крім того, його експеримент створює звукові хвилі, які потрапляють між двома межами, що визначають горизонт події. Штайнгауер виявив, що звукові хвилі на його аналоговому горизонті подій підсилюються, як це відбувається у світлі в загальній лазерній порожнині, але також, як і передбачив теорія чорних дір доктора Хокінга. Світло витікає з лазера, присутнього на горизонті аналогових подій. Штайнгауер пояснює, що це втечуче світло являє собою давно шукане випромінювання Хокінга.
Публікація цього твору в «Природі» пройшла значну експертну перевірку, але вона лише не підтверджує його висновки. Робота Штейнгауера тепер витримає ще більшу перевірку. Інші спробують дублювати його роботи. Його лабораторія є аналогом, і залишається перевірити, що те, що він спостерігає, справді являє собою випромінювання Хокінга.
Список літератури:
«Спостереження за самопідсилювальним випромінюванням Хокінга в аналоговому чорно-лунковому лазері», Nature Physics, 12 жовтня 2014 р.
“Випромінювання Хокінга від ультракоротких лазерних імпульсних ниток”, Ф. Бельгіорно та ін., Фіз. Лист, вересень 2010 року
«Вибухи в чорній дірі?», С. У. Хокінг та ін., Природа, 01 березня 1974 року
“Квантова механіка чорних дірок”, С. Хокінг, Науковий американський, січень 1977 року
