Фізики давно впевнені: чорні діри настільки щільні, що з них не може вирватися навіть світло. Проте ще з 1970-х років існує теоретичне передбачення, яке змінює цю картину — випромінювання Гокінга. Згідно з ним, чорні діри можуть дуже повільно втрачати енергію і зрештою “випаровуватися”.
Тепер міжнародна команда вчених зробила крок до розуміння цього процесу. У роботі, опублікованій у журналі Nature, дослідники під керівництвом Лоренцо Прокопіо (Університет Падерборна, Німеччина) зафіксували явище, яке можна вважати аналогом так званої зворотної реакції (backreaction) — ефекту, який виникає, коли випромінювання буквально “відбирає” енергію у чорної діри.
Чорні діри, які неможливо побачити — але можна змоделювати
Безпосередньо спостерігати випромінювання Гокінга від реальних чорних дір практично неможливо: воно настільки слабке, що губиться на фоні космічного шуму. Тому фізики створюють лабораторні аналоги, які поводяться за тими ж законами.
У новому експерименті роль “чорної діри” виконували імпульси світла в спеціальному оптичному волокні. Потужний лазерний імпульс змінював властивості середовища настільки, що утворювався ефект горизонту подій — межі, за яку світло вже не може “вийти назад”.
Коли через систему пропускали другий імпульс, він поводився так, ніби взаємодіє з гравітаційним об’єктом. Саме це дозволило змоделювати процес, подібний до випромінювання Гокінга.
Як “чорна діра” втрачає енергію
Ключовим відкриттям стала спроба зафіксувати не саме випромінювання, а його наслідок — крихітний “відкат” системи. У фізиці це відоме як backreaction: коли система, що випромінює енергію, сама змінюється у відповідь.
Це можна порівняти з двома людьми на роликах: якщо один штовхає іншого вперед, він сам трохи від’їжджає назад. У випадку чорної діри випромінювання забирає енергію, і “джерело” теж має реагувати на цей процес.
Дослідники змогли зафіксувати саме цей мікроскопічний зсув лазерного імпульсу — доказ того, що енергія справді передається у випромінювання напряму, а не через складний набір непрямих процесів, як вважалося раніше.
Простіший механізм, ніж думали фізики
Результати експерименту підказують несподівано просту картину: випромінювання Гокінга може виникати через прямий процес взаємодії, а не складний каскад ефектів.
Це означає, що механізм “випаровування” чорних дір потенційно набагато елегантніший, ніж передбачали попередні теорії. А отже, і моделі квантової гравітації можуть потребувати перегляду.
Чому це важливо для фізики
Якщо підтвердиться, що цей механізм універсальний, він може допомогти пояснити одну з найбільших загадок сучасної науки — інформаційний парадокс чорних дір, який хвилював навіть Стівена Гокінга до останніх років його життя.
Хоча реальні чорні діри залишаються недосяжними для прямого експерименту, такі лабораторні моделі дозволяють поступово “розшифровувати” їхню поведінку. І, можливо, одного дня ми зможемо зрозуміти, як саме Всесвіт повільно “випаровує” свої найекстремальніші об’єкти.
Джерело: portaltele.com.ua