3 октября 2016 
adminGWP | | 23 aвгустa 2016 | Нoвoсти нaуки и тexники
Учeным впeрвыe удaлoсь нaблюдaть квaнтoвыe эффeкты излучeния Xoкингa в лaбoрaтoрныx услoвияx
Джeфф Стeинxoeр (Jeff Steinhauer), учeный-физик из изрaильскoгo Тexнoлoгичeскoгo институтa (Israel Institute of Technology), прoвeл ряд экспeримeнтoв, вo врeмя кoтoрыx oн пытaлся сoздaть «виртуaльную» чeрную дыру в лaбoрaтoрныx услoвияx. Мoжнo скaзaть, чтo эти экспeримeнты были успeшными, учeнoму удaлoсь дoкaзaть, чтo тeoрия Стивeнa Xoкингa, oписывaющaя излучeниe oт чeрнoй дыры, являeтся вeрнoй, нeсмoтря нa тo, чтo экспeримeнты были oснoвaны нa испoльзoвaнии звукoвыx кoлeбaний, a нe вoлн свeтa. Слeдуeт oтмeтить, чтo тo, чтo учeнoму удaлoсь увидeть вooчию нeкoтoрыe квaнтoвыe эффeкты излучения Хокинга от виртуальной черной дыры, является первым разом в истории науки, когда нечто подобное было создано в лабораторных условиях.
Достаточно долгое время ученые считали, что ничего не может покинуть пределов черной дыры, пройдя условную границу, называемую горизонтом событий. Однако, в 1974 году известный ученый Стивен Хокинг (Stephen Hawking) опубликовал работу, обосновывающую то, что некоторые частицы все же могут покинуть пределы черной дыры. Поток этих частиц получил название излучения Хокинга и образуется он за счет спонтанного рождения пар запутанных на квантовом уровне частиц и античастиц на границе горизонта событий. При этом, одна из частиц проваливается внутрь горизонта событий, а вторая — «сбегает» в пространство, унося с собой частицу энергии и массы черной дыры.
Такой эффект служит объяснением феномена, заключающегося в том, что некоторые из черных дыр со временем становятся меньше и в конечном счете полностью исчезают. Однако, излучение Хокинга настолько слабо, что никому не удалось измерить его непосредственно, единственной возможностью для проверки теории Хокинга являлось и является создание виртуальных черных дыр в лабораторных условиях.
Один из типов виртуальных черных дыр был предложен в 1981 году ученым-физиком Биллом Анрухом (Bill Unruh) из университета Британской Колумбии. В его модели роль фотонов света играют фононы, кванты звуковых колебаний. Эти фононы возникают на краю виртуального водопада, на границе, где поток воды резко ускоряется, падая вниз. И в некоторых случаях на границе водопада может возникать пара запутанных на квантовом уровне фононов, один из которых падает вместе с водой, а второй — «сбегает» наружу, становясь аналогом излучения Хокинга. И Джеффу Стеинхоеру удалось создать в своей лаборатории устройство, основанное на вышеописанной идее, которое позволило ему наблюдать эффект излучения Хокинга.
Основу эксперимента составлял небольшой объем жидкости, в котором при помощи света лазера создавался быстрый поток. На границе неподвижной жидкости и быстрого потока возникали пары запутанных фононов, некоторые из которых разделялись. Один фонон увлекался потоком, движущимся быстрее скорости звука, а второй оставался в объеме спокойной жидкости, т.е. «сбегал из виртуальной черной дыры». В качестве жидкости выступа конденсат Бозе-Эйнштейна, состоящий из облака 87 атомов рубидия. Джеффу Стеинхоеру потребовалось повторить эксперимент 4600 раз для того, чтобы удостовериться в том, что фононы на самом деле являются запутанными на квантовом уровне и один из них является аналогом излучения Хокинга.
К сожалению, подобный эксперимент не является прямым доказательством теории Хокинга. Однако, результаты этого эксперимента увеличивают степень достоверности теории и такая ситуация будет продолжаться до той поры, пока ученые не получат в свое распоряжение технологии и инструменты, которые позволят произвести первые прямые измерения излучения Хокинга.
Рубрика: