Подтвердит ли звуковая чёрная дыра теорию излучения Хокинга?

Может ли звуковая чёрная дыра подтвердить существование излучения Хокинга?

Излучения Хокинга продолжают оставаться предметом ожесточённых споров в научной среде. Если учесть, что науке лишь несколько месяцев назад удалось сделать первую фотографию чёрной дыры, то есть объекта, который испускает это излучение, становится понятно, что до непосредственных наблюдений и измерений ещё очень и очень далеко. То же самое относится и к экспериментам с поведением квантовых частиц. Тем не менее, учёные уже сегодня создают в своих лабораториях условия, которые, как им кажется, повторяют те, что существуют у настоящих черных дыр.

Как такое возможно, спросите вы? Ведь эти космические объекты так сильно искривляют пространственно-временной континуум, что не выпускают даже свет, быстрее которого во Вселенной не движется ничего. Оказавшись за так называемым горизонтом событий, он уже не выберется. А если вместо того, что не выпускает свет, постараться сделать что-то такое, что не выпускает какие-то другие волны? Например, звуковые? Как насчёт жидкости, движущейся со сверхзвуковой скоростью? Это может показаться не очень правдоподобным, но ещё в 1981 году было показано, что уравнения, описывающие горизонт событий, могут использоваться и для описания звуковых горизонтов в такой системе. Математически были предсказаны так называемые “фононы” – колебания, способные при определенных обстоятельствах быть звуковым эквивалентом излучения Хокинга.

Симулированный вид черной дыры (в центре) перед Большим Магеллановым Облаком. Обратите внимание на эффект гравитационного линзирования, который создает два увеличенных, но сильно искаженных вида Облака. Наверху диск Млечного Пути кажется искаженным в дугу. Автор: User:Alain r - собственная работа, CC BY-SA 2.5, https://commons.wikimedia.org/w/index.php?curid=1150148
Симулированный вид черной дыры (в центре) перед Большим Магеллановым Облаком. Обратите внимание на эффект гравитационного линзирования, который создает два увеличенных, но сильно искаженных вида Облака. Наверху диск Млечного Пути кажется искаженным в дугу. Автор: User:Alain r – собственная работа, CC BY-SA 2.5, https://commons.wikimedia.org/w/index.php?curid=1150148

Согласно квантовой физике, в космосе постоянно появляются виртуальные частицы. Встречаясь друг с другом, они аннигилируются, но только не в том случае, когда рождение такой пары происходит по разные стороны от горизонта событий. В этом случае одна из них засасывается в черную дыру, а вторая “убегает”. Точно так же квантовые единицы звука, то есть фононы, возникают в жидкостях. При нормальных условиях эти почти незаметные вибрации будут гасить друг друга, однако если один фонон образуется там, где жидкость движется медленнее скорости звука, а второй по другую сторону этого рубежа, пара разделится и заживёт собственной жизнью.

Первая из звуковых чёрных дыр была получена в 2009 году. Учёные переохлаждали атомы рубидия, добились образования конденсата Бозе-Эйнштейна и привели его в движение. Отклоняя часть этой жидкости с помощью лазера, они разогнали её до сверхзвуковой скорости, создав тот самый звуковой горизонт событий. Исследователям удалось произвести наблюдения спутанных фононов, которые подпадали под описание звукового аналога излучения Хокинга. С той поры ученые несколько усовершенствовали свои “черные дыры”, научившись создавать сразу несколько звуковых горизонтов. Это позволило “отбивать” фононы в разных направлениях, усиливая их и облегчая их обнаружение.

А в этом году им, наконец, удалось измерить температуру фононов, что теоретически может доказать правоту Хокинга относительно названного его именем излучения. Никакой ошибки тут нет – квантовые звуки испускают крошечное количество тепла, в районе 0.35 миллиардных кельвина. Хокинг считал, что его излучение также будет иметь температуру, но этот постулат является самым настоящим камнем преткновения для квантовой физики. Если оно является тепловым, то это означает случайный разброс энергии. То есть это излучение не несет никакой информации о своём прошлом. При том, что квантовая механика считает информацию неразрушимой и утверждает, что прошлое состояние Вселенной всегда можно увидеть, “промотав” время назад.

То есть либо ошибается Хокинг, либо нам нужно переосмыслить всю квантовую механику. К сожалению для последней, наличие у фононов температуры свидетельствует о правоте великого учёного. Это, конечно, в том случае, если звуковая черная дыра является идеальным прообразом космической черной дыры. Исследователи, проводившие описанные эксперименты, кстати, признают, что это было бы слишком хорошо, чтобы быть правдой. В общем, на предсказание Стивена Хокинга однозначного и окончательного ответа пока нет. И не будет, пока не удастся измерить температуру у реальной чёрной дыры или сформулировать теорию квантовой гравитации, которая совместила бы гравитацию с квантовой механикой.

Text.ru - 100.00%

Поделиться ссылкой:

А Вы смотрели:  10 вопросов о Вселенной, на которые до сих пор нет ответа
Ссылка на основную публикацию
Adblock
detector