Физики смоделировали черную дыру в лаборатории. Затем он начал светиться. Научная тревога

Аналог черной дыры мог бы рассказать нам кое-что о неуловимом излучении, теоретически испускаемом реальной вещью.

Используя цепочку атомов в одной катушке для моделирования горизонта событий черной дыры, группа физиков в 2022 году наблюдала эквивалент того, что мы называем излучением Хокинга — частицы, генерируемые в результате возмущений квантовых флуктуаций, вызванных проникновением черной дыры. Свободное время.

Они говорят, что это могло бы помочь разрешить противоречие между двумя в настоящее время непримиримыми концепциями описания Вселенной: общей теорией относительности, которая описывает поведение гравитации как непрерывного поля, известного как пространство-время; и квантовая механика, которая описывает поведение дискретных частиц с использованием математики вероятности.

Для создания единой теории квантовой гравитации, которая может применяться универсально, эти две несмешивающиеся теории должны найти способ каким-то образом согласоваться друг с другом.

Именно здесь на сцену выходят черные дыры, возможно, самые странные и экстремальные объекты во Вселенной. Эти массивные объекты настолько плотны, что на определенном расстоянии от центра масс черной дыры во Вселенной не хватает скорости, чтобы ускользнуть. Даже не скорость света.

это расстояние, неровный Его называют горизонтом событий, в зависимости от массы черной дыры. Как только объект пересекает свои границы, мы можем только догадываться, что происходит, поскольку ничто не возвращает важную информацию о его судьбе. Но в 1974 году Стивен Хокинг предположил, что прерывание квантовых флуктуаций, вызванных горизонтом событий, приводит к типу излучения, очень похожему на тепловое.

Если излучение Хокинга и существует, то оно пока слишком слабое, чтобы его можно было обнаружить. Возможно, нам никогда не удастся извлечь его из тишины Вселенной. Но мы можем проверить ее свойства, создав аналоги черной дыры в лабораторных условиях.

Это делалось и раньше, но в ноябре 2022 года команда под руководством Лотте Мертенс из Амстердамского университета в Нидерландах попробовала что-то новое.

Одномерная цепочка атомов послужила путем к «Перепрыгивать» из одной позиции в другую. Регулируя легкость, с которой может происходить этот скачок, физики могут заставить исчезнуть определенные свойства, эффективно создавая своего рода горизонт событий, который мешает волновой природе электронов.

По словам команды, воздействие ложного горизонта событий привело к повышению температуры, что соответствует теоретическим предсказаниям для эквивалентной системы черных дыр. Но только тогда, когда часть цепочки выходит за горизонт событий.

Это может означать, что запутанность частиц, пересекающих горизонт событий, играет важную роль в генерации излучения Хокинга.

Смоделированное излучение Хокинга было тепловым только в определенном диапазоне амплитуд скачков, и при моделировании оно начало имитировать тип пространства-времени, считающийся «плоским». Это говорит о том, что излучение Хокинга может быть тепловым только в ряде ситуаций, когда происходит изменение деформации пространства-времени под действием гравитации.

Неясно, что это означает для квантовой гравитации, но модель предлагает способ изучить появление излучения Хокинга в среде, на которую не влияет дикая динамика образования черных дыр. По словам исследователей, поскольку это настолько просто, его можно применять в широком диапазоне экспериментальных условий.

«Это может открыть путь к исследованию фундаментальных аспектов квантовой механики, а также гравитации и искривленного пространства-времени в различных условиях конденсированной материи». Исследователи написали.

Исследование было опубликовано в Физическое обзорное исследование.

Версия этой статьи была впервые опубликована в ноябре 2022 года.