Исследователи из Университета Сент-Эндрюса, Шотландия, утверждают, что нашли способ симулировать горизонт событий черной дыры - не с помощью новой космической техники наблюдения и не с помощью мощного суперкомпьютера ... но в лаборатории. Используя лазеры, длину оптического волокна и в зависимости от некоторой причудливой квантовой механики, можно создать «особенность», чтобы изменить длину волны лазера, синтезируя эффекты горизонта событий. Если этот эксперимент может создать горизонт событий, теоретическое явление радиации Хокинга может быть проверено, возможно, давая Стивену Хокингу лучший шанс получить Нобелевскую премию.
Итак, как вы создаете черную дыру? В космосе черные дыры создаются коллапсом массивных звезд. Масса звезды коллапсирует до одной точки (после того, как топливо закончится и сверхновая) из-за огромных гравитационных сил, действующих на тело. Если звезда превышает определенный «предел» массы (т.е. Чандрасекхар лимит - максимум, при котором масса звезды не может поддерживать свою структуру против силы тяжести), она разрушится в дискретную точку (особенность). Пространство-время будет настолько искривлено, что вся локальная энергия а также радиация) попадет в сингулярность. Расстояние от сингулярности, на котором даже свет не может избежать гравитационного притяжения, называется горизонт событий, Столкновения частиц высоких энергий космическими лучами, воздействующими на верхние слои атмосферы, могут привести к появлению микро-черных дыр (MBH). Большой адронный коллайдер (в ЦЕРНе, недалеко от Женевы, Швейцария) также может создавать достаточно энергичные столкновения, чтобы создавать MBH. Интересно, что если LHC может производить MBH, теория Стивена Хокинга о «излучении Хокинга» может быть доказана, если созданные MBH испаряются почти мгновенно.
Хокинг предсказывает, что черные дыры испускают излучение. Эта теория парадоксальна, поскольку никакое излучение не может избежать горизонта событий черной дыры. Тем не менее, Хокинг теоретизирует, что из-за причуд в квантовой динамике, черные дыры Можно производить излучение.
Проще говоря, Вселенная позволяет частицам создаваться в вакууме, «заимствуя» энергию из своего окружения. Чтобы сохранить энергетический баланс, частица и ее античастица могут жить лишь короткое время, очень быстро возвращая заимствованную энергию, уничтожая друг друга. До тех пор, пока они появляются и исчезают в пределах квантового периода времени, они считаются «виртуальными частицами». Создание к уничтожению имеет нулевую энергию.
Однако ситуация меняется, если эта пара частиц генерируется на горизонте событий черной дыры или вблизи него. Если одна из виртуальных пар попадает в черную дыру, а ее партнер выбрасывается за пределы горизонта событий, они не могут уничтожить. Обе виртуальные частицы станут «реальными», что позволит уходящей частице унести энергию и массу от черной дыры (захваченная частица может считаться имеющей отрицательную массу, уменьшая тем самым массу черной дыры). Вот как излучение Хокинга предсказывает «испарение» черных дыр, поскольку масса теряется из-за этой квантовой причуды на горизонте событий. Хокинг предсказывает, что черные дыры будут постепенно испаряться и исчезать, плюс этот эффект будет наиболее заметным для маленьких черных дыр и MBH.
Итак ... обратно в нашу лабораторию в Сент-Эндрюсе ...
Профессор Ульф Леонхардт надеется создать условия для горизонта событий черной дыры с помощью лазерных импульсов, возможно, создав первый эксперимент по тестированию излучения Хокинга. Леонхардт является экспертом по «квантовым катастрофам», моменту, когда волновая физика разрушается, создавая особенность. На недавней встрече «Cosmology Meets Condensed Matter» в Лондоне команда Леонхардта объявила о своем методе моделирования одного из ключевых компонентов среды горизонта событий.
Свет проходит сквозь материалы с разными скоростями, в зависимости от их волновых свойств. Группа Сент-Эндрюс использует два лазерных луча, один медленный, другой быстрый. Сначала медленный распространяющийся импульс подается по оптическому волокну, а затем более быстрый импульс. Более быстрый импульс должен «догонять» более медленный импульс. Однако, когда медленный импульс проходит через среду, он изменяет оптические свойства волокна, вызывая замедление быстрого импульса на своем пути. Это то, что происходит со светом, когда он пытается вырваться из горизонта событий - он настолько замедляется, что становится «в ловушке».
“Теоретическими расчетами показано, что такая система способна измерять квантовые эффекты горизонтов, в частности излучения Хокинга.«. - Из предстоящей статьи группы Сент-Эндрюс.
Эффекты, которые два лазерных импульса оказывают друг на друга, чтобы имитировать физику в горизонте событий, звучат странно, но это новое исследование может помочь нам понять, генерируются ли MBH в LHC, и может подтолкнуть Стивена Хокинга немного ближе к заслуженной Нобелевской премии.
Источник: Telegraph.co.uk
