Просто о сложном: Излучение Хокинга

В далеком 1974 году Стивен Хокинг заявил, что черные дыры со временем полностью испаряются. Согласно его теории, черные дыры не являются абсолютно "черными" и испускают частицы.

Просто о сложном: Излучение Хокинга

Данное излучение, как считал физик-теоретик, медленно, но верно лишает черные дыры достаточного количества массы и энергии, что приводит к их разрушению.

В те годы эти идеи были приняты в штыки, но сегодня едва ли найдутся уважаемые ученые, которые бы не были согласны с теорией Хокинга.

Парные частицы

Напомним, что черные дыры обладают невероятно мощной гравитационной силой и даже фотон, движущийся со скоростью света, не сможет вырваться из-за горизонта событий (условная граница, миновав которую, ничто не возвращается). Это пригодится для дальнейшего понимания материала.

Большинство воспринимают космический вакуум, как нечто пустое, но квантовая механика говорит о том, что вакуум кишит виртуальными частицами, которые представляют собой пары частиц и античастиц.

Виртуальные парные частицы регулярно взаимоуничтожаются (контакт вещества с антивеществом приводит к аннигиляции), но ровно до тех пор, пока рядом с ними не появляется черная дыра. Одна из частиц (античастиц) оказывается поглощенной, как в случае с фотонами, а вторая улетает прочь.

Поглощенная частица обладает отрицательной энергией, которая уменьшает энергию и массу черной дыры. Те частицы, которым удалось улететь на безопасное расстояние, называют "излучением Хокинга".

Просто о сложном: Излучение Хокинга

То есть черная дыра сама по себе ничего не излучает, но она расходует энергию на то, чтобы "катапультировать" одну из частиц виртуальной пары. Этакий гравитационный маневр на уровне квантов.

Излучение Хокинга довольно слабое и наши современные приборы не в силах его зафиксировать в масштабах Вселенной. Однако в лабораторных условиях креативные физики все же смогли доказать существование излучения, создав модель черной дыры.

"Карманная" черная дыра

Команда израильских физиков, которой руководил Джефф Штайнхауэр, использовала чрезвычайно холодный газ, называемый конденсатом Бозе-Эйнштейна, чтобы смоделировать горизонт событий черной дыры.

Просто о сложном: Излучение Хокинга

Вместо виртуальных частиц использовались пары фотонов, идущие через поток газа. В итоге ученые наблюдали, как один фотон затягивала модель черной дыры, а второй фотон стал отдаляться от нее.

"Фотон, захваченный искусственной черной дырой, двигался со скоростью света, но не мог покинуть горизонт событий. Его пара при этом отдалилась от черной дыры и продолжила путешествие", - комментировал Джефф Штайнхауэр.

Стивен Хокинг в деталях предсказал поведение частиц, столкнувшихся с черной дырой. У этого гения в мозгу была целая Вселенная!

Современные эксперименты, но с участием звуковых волн вместо фотонов, вновь подтвердили существование излучения Хокинга.

Заглянуть за горизонт событий

Слышали о таком явлении, как квантовая запутанность?

Это квантовомеханическое явление, при котором квантовые состояния двух или большего числа объектов оказываются взаимозависимыми.

Виртуальные частицы, столкнувшиеся с черной дырой, обладают взаимозависимыми состояниями, а значит та частица, которая смогла спастись и улететь, продолжает хранить информацию о состоянии ее пары, которую поглотила черная дыра.

В теории, обнаружив частицу, которая потеряла свою пару в черной дыре, мы сможем узнать о том, что происходит за горизонтом событий! Это чем-то похоже на восстановление информации с отформатированного жесткого диска.

Можно предположить, что черные дыры занимаются "резервным копированием" Вселенной, но не будем заходить слишком далеко, а то вскипит мозг...