Фізики створили чорну діру, і вона почала зникати: розгадка загадки Стівена Хокінга
Це відкриття допомагає краще зрозуміти, як чорні діри втрачають енергію, а також може допомогти вирішити інформаційний парадокс чорної діри.
Як відомо, ніщо не може покинути чорну діру. Навіть світло, якщо подолає горизонт подій чорної діри, ніколи не вийде назовні. Але в 1974 році фізик Стівен Гокінг передбачив, що чорні діри можуть повільно втрачати енергію, випромінюючи теплове випромінювання, яке тепер відоме як випромінювання Гокінга. Однак механізм, за допомогою якого це випромінювання забирає енергію у чорної діри, відомий як зворотна реакція, залишався незрозумілим. Фізики створили аналог чорної діри, як не парадоксально, зі світла, і спостерігали аналог зворотної реакції випромінювання Хокінга. Вчені стверджують, що їхні результати дають важливі підказки щодо того, як чорні діри поступово втрачають енергію, і можуть допомогти розгадати деякі з найбільших загадок фізики. Дослідження опубліковано в журналі Nature, пише ScienceAlert.
Згідно з теорією Стівена Гокінга, квантові ефекти поблизу горизонту подій чорної діри дозволяють цим об’єктам випромінювати радіацію, яка з часом призводить до того, що чорна діра випаровується, тобто зникає.
Хоча випромінювання Хокінга є загальновизнаним передбаченням квантової теорії поля у викривленому просторі-часі, що створює гравітацію, точний механізм передачі енергії від чорної діри до випромінювання залишається незрозумілим. Цей процес називається зворотньою реакцією.
Оскільки випромінювання Хокінга у реальних чорних дірах надзвичайно слабке, його неможливо спостерігати безпосередньо. Тому вчені створюють аналоги чорних дір у лабораторії. Вони імітують фізичні властивості цих об’єктів.
Вчені використовували надшвидкі лазерні імпульси, що поширювалися через спеціальне оптичне волокно. Один лазерний імпульс змінював оптичні властивості волокна, створюючи для другого імпульсу умови, аналогічні горизонту подій чорної діри. Вчені шукали ознаки зворотної реакції, тобто втрати енергії, яка відбувається під час випромінювання Хокінга. Цей процес демонструє, як енергія передається від чорної діри до випромінювання Хокінга.
Щоб зрозуміти зворотну реакцію, фізики порівнюють її з двома людьми, які стоять на роликах. Якщо одна людина штовхає іншу, то обидві рухаються в протилежних напрямках, згідно з третім законом Ньютона. Оскільки випромінювання Хокінга забирає енергію, система, що його створила, повинна віддати еквівалентну кількість енергії. Фізики виявили цей ефект.
Це відкриття також дало несподіваний результат. Вчені вважали, що випромінювання Хокінга, яке спостерігається в аналогах чорних дір, виникає в результаті складної серії взаємодій. Натомість виявилося, що випромінювання та зворотна реакція виникають у результаті єдиного прямого процесу.
Можливо, справжні чорні діри можуть генерувати випромінювання Хокінга за допомогою аналогічного процесу. Це відкриття може змінити уявлення про процес випаровування чорних дір.
Це також може допомогти пояснити відомий інформаційний парадокс чорної діри Стівена Хокінга. Це суперечність між квантовою механікою та загальною теорією відносності Ейнштейна. Якщо чорна діра випаровується, то вся інформація, що потрапила до неї, має бути втрачена. Але згідно з правилами квантової механіки, вся інформація у Всесвіті зберігається назавжди.
Інші новини науки
- Чому ми не знайшли інопланетян: надрозумний ШІ "керує" космосом. Вчені запропонували нове пояснення знаменитого парадоксу Фермі.