Все пропало. Ученые проверили теорию Стивена Хокинга об исчезновении черных дыр

2 июня 2019, 07:01

Физики из Израиля сымитировали черную дыру в лабораторных условиях и проверили теорию Стивена Хокинга, которая противоречит законам квантовой механики.

Как известно, черная дыра — это область пространства-времени, которая имеет огромную массу и чрезвычайно сильную гравитацию, буквально поглощающую все вокруг, включая свет. Вопреки этому, ровно 45 лет назад, английский космолог Стивен Хокинг предположил, что черные дыры не только поглощают все вокруг, но и испускают определенные частицы.

Видео дня

Эти частицы назвали излучением Хокинга, которое до сих пор остается предметом споров в научном сообществе. Излучение Хокинга предусматривает, что черные дыры постоянно испускают частицы материи, которую они поглощают, и, следовательно, не вся материя попадает в черную дыру.

После полного исчезновения черной дыры из-за ее постепенного испарения, вызванного излучением Хокинга, «освобожденные» частицы, учитывая закон сохранения энергии, должны быть оставшейся информацией о материи, которую поглотила черная дыра.

NASA / JPL-Caltech
Фото: NASA / JPL-Caltech

Но, согласно Хокингу, излучение черных дыр — это термальный эффект, который на самом деле не имеет ничего общего с сохранением информации о поглощенной материи. По расчетам физика-теоретика, температура этого излучения напрямую зависит от массы черной дыры, что делает одни испускаемые частицы поглощенной материи неотличимыми от частиц, которые испускает другая черная дыра с аналогичной массой.

Другими словами, это означает, что материя, которая попадает в черную дыру, исчезает навсегда, не оставляя после себя никакой информации, даже после полного испарения этой черной дыры.

Описанное явление назвали парадоксом исчезновения информации Хокинга. Этот парадокс противоречит основным принципам квантовой механики и ставит под угрозу главную задачу современной физики — объединение свойств квантовой механики с общей теории относительности в так называемую «теорию всего».

Опровергнуть или доказать противоречивое предположение Стивена Хокинга можно за счет измерения излучения черной дыры. К сожалению, современные технологии не позволяют провести такой эксперимент с реальной черной дырой, поэтому ученые вынуждены исследовать миниатюрные аналоги черных дыр в лабораторных условиях.

Звуковые черные дыры

Как пишет издание Science News, в 2014-м физики смогли создать искусственную черную дыру, которая полностью поглощает не свет, а звуковые волны. Это стало возможным благодаря созданию конденсата Бозе-Эйнштейна — сильно охлажденному состоянию вещества, в котором начинают проявляться квантовые эффекты.

Ученые использовали охлажденные атомы рубидия, которые поглощали звуковые волны так же, как гравитация черной дыры поглощает свет. В такой установке исследователи заметили следы излучения Хокинга в виде испускаемых фононов — частиц колебаний звука, — но не смогли измерить их температуру.

Jeff Steinhauer
Фото: Jeff Steinhauer

Согласно новому эксперименту команды Израильского технологического института, результаты которого опубликовали на днях в журнале Nature, звуковая черная дыра излучала фононы температурой в 0,35 миллиардных долей кельвина, что подтверждает термальный эффект излучения Хокинга и его парадокс исчезновения информации в черных дырах.

«Это чрезвычайно важный шаг, новый для всей области. Никто раньше такого не делал», — комментирует исследование физик Ульф Леонхардт из Научного института Вейцмана в Израиле.

Тем не менее, революционные результаты нового эксперимента нельзя назвать практическим доказательством теории Хокинга, поскольку звуковые черные дыры не имеют отношения к гравитации, и их нельзя полностью экстраполировать на настоящие черные дыры, которые могут поглощать даже свет.

«Мы нашли очень хорошее согласие с предсказаниями теории Хокинга… Но, решение информационного парадокса заключается в физике реальной черной дыры, а не в физике аналоговой черной дыры», — объясняет автор работы Джефф Штайнхауэр из Израильского технологического института.

Таким образом, ученым придется искать новые варианты ответов на вопросы, которые Стивен Хокинг задал еще в 1974 году. Ну или ждать пока условный пилот NASA Купер из фильма Интерстеллар не полетит на ближайшую черную дыру и не проверит все самостоятельно.

Присоединяйтесь к нам в соцсетях Facebook, Telegram и Instagram.

Показать ещё новости
Радіо НВ
X