Учёные раскрыли секрет излучения Хокинга: удивительный новый механизм

Недавние лабораторные исследования позволили воспроизвести основные характеристики излучения Хокинга и продемонстрировали, что один из самых таинственных процессов в современной физике может быть объяснён гораздо проще, чем это считалось ранее

Наука и космос255 минут назад

Международная команда исследователей из Университета Падерборна (Германия), Центра исследований и перспективных исследований в Мексике и Института Вейцмана (Израиль) представила результаты экспериментов, которые могут значительно упростить понимание механизма возникновения излучения Хокинга — одного из самых известных и одновременно самых трудно проверяемых предсказаний современной теоретической физики.

Излучение Хокинга было предсказано в 1974 году. Ранее считалось, что чёрная дыра является абсолютно односторонним объектом: всё, что пересекает горизонт событий — условную границу вокруг чёрной дыры, — уже не может вернуться. Однако Хокинг показал, что квантовые эффекты должны вызывать появление слабого теплового излучения, из-за которого чёрные дыры постепенно испаряются — теряют свою энергию и массу.

Согласно этой теории, чёрная дыра не является полностью «чёрной». Она должна медленно испаряться, причём скорость этого процесса зависит от её массы: чем меньше чёрная дыра, тем интенсивнее она излучает. Гипотетические микроскопические чёрные дыры могли бы исчезать невероятно быстро, тогда как сверхмассивные чёрные дыры могут существовать практически бесконечно долго.

Несмотря на значимость этой гипотезы, зарегистрировать излучение Хокинга у реальных астрофизических объектов до сих пор не удалось. Это связано с тем, что предсказанное излучение крайне слабо и полностью теряется на фоне других космических процессов. Поэтому физики уже много лет создают «лабораторные аналоги чёрных дыр», которые позволяют исследовать подобные физические явления в контролируемых условиях.

В новой работе учёные использовали оптическую систему на базе нелинейного световода, которая моделирует поведение горизонта событий. Такие установки позволяют воспроизводить процессы, математически аналогичные тем, что, как предполагается, происходят около горизонта чёрных дыр.

Наиболее значимым результатом стало то, что исследователи смогли выявить значительно более простой механизм возникновения излучения Хокинга, чем предполагалось ранее. Предыдущие модели описывали сложную цепочку нескольких взаимодействующих квантовых процессов, в то время как новые эксперименты показывают, что ключевую роль может играть значительно более простой механизм обратной связи между излучением и самой системой.

Как отметил руководитель исследования Лоренцо М. Прокопио (Lorenzo M. Procopio), новая модель не только упрощает теоретическое описание процесса, но и может помочь понять, каким образом излучение Хокинга возникает в реальных гравитационных системах.

Ещё одним важным результатом стало обнаружение признаков того, что излучение Хокинга не является полностью пассивным процессом. Эксперименты показывают, что возникающее излучение способно оказывать влияние на систему, которая его порождает, создавая эффект обратного воздействия. Именно этот механизм считается одним из ключевых для понимания того, действительно ли чёрные дыры постепенно теряют массу и могут полностью испаряться.

Исследование имеет значение далеко за пределами физики чёрных дыр. Излучение Хокинга остаётся одной из немногих известных точек соприкосновения общей теории относительности и квантовой механики — двух основных теорий, которые до сих пор не удалось объединить в единую теорию квантовой гравитации. Поэтому лабораторные эксперименты, позволяющие изучать подобные эффекты, рассматриваются как один из наиболее многообещающих путей к пониманию основополагающего устройства Вселенной.

Darth SaharaИсточники:NatureНаука и космос2КосмосАстрофизикаЧёрные дырыФизика высоких энергийГоризонт событийКвантовая гравитацияКвантовая механикаИзлучение Хокинга55 минут назад