Ученый из Израиля создал в лаборатории акустическую черную дыру

Черные дыры – самые неизученные и загадочные объекты во вселенной. Вряд ли у человечества когда-либо вообще появится возможность воочию увидеть, что происходит с материей, когда она пропадает за «горизонт событий». С момента открытия этих удивительнейших небесных тел, считалось, что любая материя проваливается в черную дыру окончательно и безвозвратно. Однако эксперимент Джеффа Штейнхауэера, воссоздавшего «черную дыру» в лаборатории, дал поразительнейшие результаты.

Нет, речь не идет о настоящей черной дыре – в противном случае, вы вряд ли бы смогли читать этот текст из-за внезапно наступившего апокалипсиса. В эксперименте с искусственной черной дырой роль фотонов отведена фононам – квантовым частицам звука.

Сперва исследователь охладил облако атомов рубидия ниже одного градуса по Кельвину – практически до «абсолютного нуля», что привело их в состояние бозе-эйнштейновского конденсата. Это особое квантовое состояние материи, состоящей из бозонов.

При приближении температуры абсолютному нулю, квантовые эффекты, свойственные простейшим частицам, начинают проявляться на макроуровне: все вещество бозе-эйнштейновского конденсата начинает вести себя как одна большая квантовая частица. Скорость звука в полученной среде удалось замедлить примерно до полмиллиметра в секунду.

Далее физик использовал лазеры, с помощью которых в газовом облаке образовалась своеобразная воронка, в центре которой атомы стали двигаться быстрее звука. А поскольку фононы распространяются за счет колебания окружающих атомов, в результате у израильского исследователя получилась настоящая «акустическая черная дыра» – с областью, при попадании в которую, звук не может оттуда выбраться.

В своей теории черных дыр, Стивен Хокинг предсказал, что частицы света теоретически могут все-таки избежать горизонта событий. В результате, ученый отметил, что некоторые фононы действительно способны избежать притяжения звуковой воронки.

Кроме того, эксперимент показал, что такие фононы находятся в состоянии квантовой запутанности с частицами, находящимися на краях акустической воронки. Другими словами, их физические свойства полностью совпадают.

Состояние квантовой запутанности – одна из ключевых особенностей так называемого излучения Хокинга: В 1974 году, молодой и тогда еще никому не известный физик Стивен Хокинг, предположил, что черные дыры могут испускать элементарные частицы, тем самым тратя свою массу, и в теории, черная дыра со временем может полностью «испариться».

Суть этого явления в том, что согласно модели Хокинга, в черной дыре за счет квантовых флуктуаций образуются «близнецовые» пары частиц и античастиц. Одна частица заряжается положительной энергией, другая – отрицательной.

Заряжаемая положительной энергией частица приобретает массу – по формуле Эйнштейна E=mc2, покидая при этом пределы горизонта событий и выделяя в космос тепло. В то время как вторая частица, квантово с ней запутанная, заряжается отрицательной энергией и становится антиматерией. Эта античастица попадает за горизонт событий и там аннигилируется, расходуя при этом часть материи самой черной дыры.

Учитывая, что в телескоп невозможно разглядеть саму черную дыру, она абсолютно невидима – видна лишь засасываемая в нее материя, казалось, невозможно на таком огромном расстоянии распознать области повышенной температуры и тем самым фактически доказать существование хокинговского излучения.

Но результаты наблюдений Стейнхауэра четко подтверждают теорию Хокинга. Конечно, акустическая черная дыра – это всего лишь симуляция настоящей черной дыры и не факт, что с настоящими астрономическими черными дырами дела обстоят идентично.

Однако в ходе эксперимента, который по праву можно считать гениальным, теория прекрасно сошлась с практикой. Современная наука, похоже, продвинулась еще на один шаг к фундаментальному пониманию окружающей нас действительности.