Всі ми знаємо, що чорні діри не відпускають нічого. Це в основному правда, але з 1970-х років фізики передбачали, що чорні діри можуть повільно втрачати енергію у вигляді теплового випромінювання.
Це випромінювання Хокінга, і хоча його вже відтворювали в лабораторних аналогах, механізм, за допомогою якого воно забирає енергію у чорної діри, залишався невловимим.
Тепер команда фізиків на чолі з Лоренцо Прокопіо з Університету Падерборна в Німеччині спостерігала аналог випромінювання Хокінга в системі, що складається з світла.
Їхні результати були опубліковані в журналі Nature.
Це спрощує теоретичне розуміння і відкриває нові способи розрахунку ефектів у таких системах, говорить Прокопіо. Це може навіть пролити світло на те, як виникає випромінювання Хокінга в контексті гравітації.
Чорні діри є найстраннішими і найекстремальнішими об'єктами у Всесвіті. Вони настільки щільні, що, наблизившись до них, неможливо втекти від їхнього гравітаційного поля.
Випромінювання Хокінга, вперше запропоноване фізиком Стівеном Хокінгом у 1974 році, є випромінюванням, яке передбачається внаслідок квантових ефектів поблизу горизонту подій чорної діри.
Однак, хоча випромінювання Хокінга є широко визнаним прогнозом квантової теорії поля в кривому просторі, точно як енергія передається від чорної діри до випромінювання, залишалося відкритим питанням.
Велика проблема полягає в тому, що безпосереднє спостереження випромінювання Хокінга наразі неможливе. Фактично, сигнал очікується настільки слабким, що ми, можливо, ніколи не зможемо його відокремити від фонової радіації, яка пронизує Всесвіт.
Фізики вирішують цю проблему креативно. Замість того, щоб вивчати чорні діри безпосередньо, вони створюють лабораторні системи, які підкоряються тим самим основним фізичним законам.
Деякі з них є досить простими, такими як вода, що обертається в раковині, щоб імітувати потік простору-часу навколо чорної діри. Інші використовують надхолодні конденсати Бозе-Ейнштейна або ланцюги атомів для відтворення фізики горизонту подій.
Аналог, використаний для цього дослідження, був розроблений понад десять років тому співавтором дослідження Ульфом Леонгардтом з Інституту Вейцмана в Ізраїлі. Він використовує ультрашвидкі лазерні імпульси, що проходять через спеціально спроектовану оптичну волокно.
Попередні експерименти з цим налаштуванням відтворили саме випромінювання Хокінга. Цього разу дослідники шукали щось тонше – маленьку реакцію, яка показує, як енергія передається з аналогової чорної діри в випромінювання, яке вона випромінює.
Цікавий факт
Випромінювання Хокінга може допомогти вирішити деякі з найскладніших проблем у теоретичній фізиці чорних дір, зокрема парадокс інформації, з яким Хокінг боровся до своєї останньої статті в 2018 році.