Вчені в черговий раз відтворили в лабораторії чорну діру. Але в цей раз завдяки цьому вдалося знайти ознаки того, що фонони - дуже маленькі згустки енергії, що становлять звукові хвилі - просочуються з акустичних чорних дір, як стверджує теорія Стівена Хокінга.
Близько 42 років тому відомий фізик-теоретик Стівен Хокінг припустив, що не все, що стикається з чорною дірою, неминуче йде в небуття. Він вважав, що дрібні частки світла (фотони) іноді викидаються назад, відбираючи у чорної діри нескінченно малу кількість енергії. Незважаючи на те, що втрати малі, вони все ж відбуваються, а значить поступова втрата енергії і маси з часом повинна в кінцевому підсумку призвести до зникнення чорної діри.
Цей гіпотетичний процес називають випромінюванням Хокінга. Більш ніж чотири десятиліття ніхто не міг достовірно довести, що ці мікро-випромінювання існують, і припущення Хокінга весь цей час так і залишалося в статусі гіпотези. Але все може змінитися, тому що дві незалежні групи дослідників повідомляють, що вони знайшли докази теорії Хокінга.
Давайте повернемося до 1974 року, коли ця теорія тільки починала зароджуватися. Хокінг вступив в суперечку з аспірантом Прінстонського університету, ізраїльським фізиком Джейкобом Бекенштейна, який у своїй дисертації припустив. що ентропія чорної діри пропорційна площі її горизонту подій. Відповідно до прийнятого в той час розумінням фізичних законів, в тому числі власної роботи Хокінга, ентропія і об'єм чорної діри не могли зменшуватися. Хокінг серйозно взявся за цю проблему і в кінці кінців прийшов до висновку, що чорна діра може виявитися не такою вже чорної в кінцевому підсумку.
Хокінг припустив, що Всесвіт заповнений «віртуальними частинками», які, згідно з нашим знанням про квантову механіку, знищують один одного, як тільки вступають в контакт. Виняток становлять тільки контакти, що відбуваються по обидві сторони від горизонту подій чорної діри. Тоді одна частинка поглинається чорною дірою, а інша випускається в космос.
Концепція випромінювання Хокінга відповідала на безліч питань про те, що насправді відбувається в чорних дірах, але в той же час, підняла купу проблем і протиріч, які фізики намагаються примирити досі.
Відповідно до теорії Хокінга, що виділяються з чорної діри фотони крадуть у неї нескінченно малу кількість енергії. Це цікава гіпотеза, яка багато років не дає вченим спокою, але, жаль для Хокінга, це випромінювання настільки мало, що його практично неможливо виявити на відстані тисяч світлових років від Землі.
Фізик Джефф Штайнхауер з університету Техніон в ізраїльському місті Хайфа вирішив підійти до завдання з іншого боку. Він задумався: якщо ми не можемо виявити випромінювання Хокінга в реальних чорних дірах на відстані тисячі світлових років від наших кращих технічних досягнень, чому б не відтворити ці чорні діри в безпосередній близькості від наших кращих інструментів. Це як історія про те, що якщо гора не йде до Магомета, то Магомет іде до гори, тільки навпаки.
Штайнхауер створив звукову чорну діру - об'єкт, який поглинає все звукові хвилі - у себе в лабораторії. І він зміг зафіксувати те саме випромінювання Хокінга - виділення часток, «крадуть» енергію у чорної діри. У лабораторних умовах чорна діра була сформована за допомогою гелію, охолодженого до температури трохи вище абсолютного нуля. Після охолодження гелій «збивати» з такою високою швидкістю, що утворився бар'єр, який не пропускав звук.
На зображенні: вимір теплового спектру випромінювання Хокінга. Суцільна крива - результати вимірювань. Пунктирна крива - теоретичний теплової спектр.
Штайнхауер виявив, що фонони - дуже маленькі частинки енергії, що утворюють звукові хвилі - просочувалися з його звуковий чорної діри, як і передбачало рівняння Стівена Хокінга. Втім, ці спостереження поки залишаються предметом для подальшого обговорення.
«Цей експеримент прекрасний. Джефф Штайнхауер виконав дивовижну роботу, але деякі з його висновків здаються спірними. Тут є що обговорити », - заявив фізик Силці Вайнфюртнер з Університету Ноттінгема, який також намагався довести існування випромінювання Хокінга.
«Для того, щоб виконати цей розрахунок, ми повинні були здогадатися, як чорна діра взаємодіє з полем випромінювання Хокінга, яке її оточує. В даний час не існує теорії квантової гравітації, яка могла б описати таку взаємодію. Проте, мабуть, ми зробили добру припущення, наша модель еквівалентна теорії Хокінга в межі фіксованих, незмінних чорних дір », - заявив Кріс Адамі.
Всі ці останні знахідки необхідно підтвердити. Проте, вони наближають нас до відповіді на питання, чи правий був Хокінг щодо чорних дір.