Уникальную искусственную черную дыру, способную поглощать не световое, а звуковое излучение создала группа физиков. Создав такой объект ученые намерены на практике обнаружить теоретическую радиацию Хокинга. Напомним, что данная теория была более 30 лет назад предложена физиком Стивеном Хокингом, согласно ее данным, черные дыры не являются на 100% поглощающим материю объектом, так как способны излучать незначительное количество радиационного излучения. В космосе черные дыры появляются когда материя звезд становится настолько плотной, что она начинает проваливаться внутрь самой себя под действием собственной гравитации. В результате вокруг черной дыры создается такая сильная гравитация, что попав в нее, уже ничто, даже волны света, не могут вырваться. Граница гравитации черной дыры называется горизонтом событий.
Теперь физикам из Университета американского штата Колорадо удалось создать в лабораторных условиях звуковую черную дыру, которая работает за счет вращения поля быстрее скорости звука, поэтому звуковые волны, попав в нее, уже просто не успевают вырваться. Для внешнего наблюдателя уникальная «звуковая дыра» выглядит таким образом, что звук как-бы обрывается на горизонте событий этой дыры.
Однако ученых интересует вовсе не забавный эффект пропадания звука на границе дыры, им интересен малозаметный эффект конденсата Бозе-Эйнштейна. Данный конденсат представляет собой такое квантовое состояние материи, при котором группа атомов какого-либо вещества ведет себя как единый атом.
«Конденсаты» создавались ученым на сверхвзуковых скоростях и ранее, однако теперь ученых интересует возможность их присутствия в суперэкстремальных условиях. Эрик Корнелл, руководитель экспериментов, уже ранее занимался развитием конденсатов Бозе-Эйнштейна, за что в 2001 году получил Нобелевскую премию.
При помощи физиков из технологического Университета Израиля в США надеются, что в экстремальных условиях конденсат может исчезнуть и применительно к акустической черной дыре превратиться в радиацию Хокинга.
Группа исследователей охладила около 100 000 атомов заряженного рубидия до абсолютного нуля и поместила их в магнитное поле. При помощи лазера был создан электрический потенциал, который заставил атомы перемещаться быстрее скорости звука. Такой эффект создал сверхзвуковой поток, длящийся всего 8 миллисекунд, однако способный создавать акустическую дыру для захватывания звука.
«В результате этого опыта впервые в истории может быть на практике доказано существование радиации Хокинга», — говорят в Университете Колорадо.
Согласно законам квантовой механики, пара частиц может спонтанно появляться в пустом пространстве. Эта пара состоит из частицы и ее античастицы, она существует крошечный период времени, после чего частица и античастица уничтожают друг друга. Однако в 70-х года физик Хокинг предположил, что если такая пара была создана на краю черной дыры, что одна из частиц может быть затянута в дыру до того, как она уничтожается, оставляя другую частицу на горизонте событий. Для внешнего наблюдателя это будет выглядеть как радиация. В акустических дырах радиация Хокинга будет проявляться в форме появления остаточных элементарных частиц — фононов.
По словам ученых, практическое доказательство радиции Хокинга — это большой прорыв в физике. С одной стороны, сам Хокинг за это получит Нобелевскую премию, а с другой — это значит, что большая часть современной физики стоит на верных основах.
«Радиация Хокинга — это фундаментальное обоснование большинства эффектов в квантовой механике, а также объяснение многих космических феноменов», — говорит Шон Кэррол, один из участников опыта. По его словам, обнаружить радиацию Хокинга в астрономических наблюдениях почти невозможно, так как излучение черных дыр зачастую перекрывается более мощным выбросом радиации.
Пока группе ученых удалось установить, что 10-кратное повышение скорости движения атомов создают более комфортные условия для возникновения радиации Хокинга. «Вообще-то обнаружить остаточные звуковые волны, производимые акустической дырой сложно, здесь требуются сверхчеткие замеры», — говорит Билл Анрах, физик из Университета Бриатнской Колумбии.