Физики смоделировали в лаборатории черную дыру, а затем она начала светиться.

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

Использование цепочки атомов в одном файле для моделирования горизонта событий черной дыры , группа физиков в 2022 году наблюдала эквивалент того, что мы называем излучением Хокинга – частицы, рожденные в результате возмущений квантовых флуктуаций, вызванных разрывом черной дыры в пространстве-времени.

Это, по их словам, может помочь разрешить проблему напряжение 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 единой теории квантовой гравитации, которая может применяться универсально, эти две несовместимые теории должны найти способ как-то ужиться друг с другом. .

И здесь на сцену выходят черные дыры – возможно, самые странные и экстремальные объекты во Вселенной. Эти массивные объекты настолько невероятно плотны, что на определенном расстоянии от центра масс черной дыры никакая скорость во Вселенной не достаточна для их побега. Даже не скорость света.

Это расстояние, варьирующееся в зависимости от массы черной дыры, называется горизонтом событий. Как только объект пересекает свою границу, мы можем только догадываться, что происходит, поскольку ничего не возвращается с важной информацией о его судьбе. Но в 1974 году Стивен Хокинг предположил, что прерывания квантовых флуктуаций, вызванные горизонтом событий, приводят к типу излучения, очень похожему на тепловое излучение.

Если это излучение Хокинга существует, оно слишком слабое, чтобы мы могли его обнаружить. еще. Возможно, нам никогда не удастся выделить его из шипящей статики Вселенной. Но мы можем исследовать 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 служила путем для электронов «перепрыгивать» из одного положения в другое. Настраивая легкость, с которой могут происходить эти прыжки, физики могли бы заставить исчезнуть определенные свойства, эффективно создавая своего рода горизонт событий, который мешает волновой природе электронов.

По словам команды, эффект этого фальшивого горизонта событий привел к повышению температуры, которое соответствовало теоретическим ожиданиям эквивалентной системы черных дыр, , но только тогда, когда часть цепочки расширялась. за горизонтом событий.

Это может означать, что запутанность частиц, находящихся по обе стороны горизонта событий, играет важную роль в генерации излучения Хокинга.

Моделируемое излучение Хокинга было только тепловым для определенный диапазон амплитуд скачков, а также при моделировании, которое началось с имитации своего рода пространства-времени, считающегося «плоским». Это говорит о том, что излучение Хокинга может быть тепловым только в ряде ситуаций, а также когда происходит изменение деформации пространства-времени под действием гравитации.

Неясно, что это означает для квантовой гравитации, но Модель предлагает способ изучить возникновение излучения Хокинга в среде, на которую не влияет дикая динамика образования черной дыры. И, поскольку это так просто, его можно использовать в самых разных экспериментальных установках, говорят исследователи.

«Это может открыть возможность для изучения фундаментальных квантово-механических аспектов наряду с гравитацией и искривленное пространство-время в различных условиях конденсированной материи», — написали исследователи.

Исследование опубликовано в Physical Review Research.

Версия этой статьи впервые была опубликована в ноябре 2022 года.