Симулираха черна дупка в лаборатория

И зползвайки верига от атоми в един файл, за да симулират хоризонта на събитията на черна дупка, екип от физици през 2022 г. наблюдавали еквивалента на това, което наричаме радиация на Хокинг – частици, образувани от смущения в квантовите флуктуации, причинени от пробив на черна дупка в космическо време.

Това, според учените, може да помогне за разрешаване на несъответствията между две понастоящем несъвместими рамки за описване на Вселената - общата теория на относителността, която обяснява поведението на гравитацията като непрекъснато поле, известно като пространство-време; и квантовата механика, която описва поведението на дискретни частици, използвайки математиката на вероятностите.

Physicists Simulated a Black Hole in The Lab, And Then It Started to Glow https://t.co/3gD32vvzLv

— ScienceAlert (@ScienceAlert) November 10, 2023

За да се създаде единна теория за квантовата гравитация, която може да се прилага универсално, тези две несъвместими теории трябва да намерят начин да се разбират.

И тук се появяват черните дупки - вероятно най-странните и екстремни обекти във Вселената. Те са толкова невероятно плътни, че в рамките на определено разстояние от центъра на черната дупка никоя скорост във Вселената не е достатъчно бърза, за да избяга. Дори скоростта на светлината.

Това разстояние варира в зависимост от масата на черната дупка и се нарича хоризонт на събитията. След като даден обект пресече границата, можем само да си представяме какво се случва, тъй като нищо не се е върнало от там. Но през 1974 г. Стивън Хокинг предположил, че прекъсванията на квантовите флуктуации, причинени от хоризонта на събитията, могат да довеждат до вид радиация, много подобна на топлинната радиация.

Ако тази радиация на Хокинг съществува, тя е твърде слаба, за да я открием, поне засега. Възможно е никога да не успеем да я отсеем от съскащата статика на Вселената. Но можем да изследваме нейните свойства, като създадем аналози на черна дупка в лабораторни условия.

Това е правено и преди, но през ноември 2022 г. екип, ръководен от Лоте Мертенс от Амстердамския университет в Холандия, опитали нещо ново.

Едномерна верига от атоми служи като пътека за електроните да „скачат“ от една позиция в друга. Чрез настройване на лекотата, с която може да се случва това подскачане, физиците биха могли да накарат определени свойства да изчезнат ефективно, създавайки един вид хоризонт на събитията, който пречи на вълнообразната природа на електроните.

Black hole simulated in lab began glowing https://t.co/KXkyEI9n3A

— Cosmos - the Science of Everything (@CosmosMagazine) November 28, 2022

Ефектът от този фалшив хоризонт на събитията довел до повишаване на температурата, което съвпаднало с теоретичните очаквания за еквивалентна система с черна дупка, каза екипът, но само когато част от веригата се простира отвъд хоризонта на събитията.

Това може да означава, че заплитането на частици, които пресичат хоризонта на събитията, е инструмент за генериране на радиация на Хокинг.

Симулираното лъчение на Хокинг било топлинно само за определен диапазон от амплитуди на скокове и при симулации, които започнали с имитиране на вид пространство-време, считано за „плоско“. Това предполага, че радиацията на Хокинг може да бъде топлинна само в рамките на редица ситуации и когато има промяна в деформацията на пространство-времето поради гравитацията.

Не е ясно какво означава това за квантовата гравитация, но моделът предлага начин за изследване на появата на радиация на Хокинг в среда, която не се влияе от динамиката на образуването на черна дупка. „И тъй като е сравнително просто, може да се използва в широк спектър от експериментални настройки“, казаха изследователите.

„Това може да отвори място за проучване на фундаментални квантово-механични аспекти, заедно с гравитацията и изкривените пространствени времена в различни настройки на кондензирана материя“, пишат още изследователите.

Изследването е публикувано в Physical Review Research.