У самому серці сучасної фізики лежить фундаментальний конфлікт між двома стовпами нашого розуміння Всесвіту: загальною теорією відносності, що описує гравітацію як викривлення простору-часу, та квантовою механікою, що керує світом субатомних частинок. Ці дві теорії бездоганно працюють у своїх масштабах, але їхні принципи стають несумісними в екстремальних умовах, наприклад, у надрах чорних дір. Саме тут, на межі відомого, виникає гіпотетичне явище, передбачене Стівеном Гокінгом у 1974 році — випромінювання, що народжується на самому горизонті подій. Оскільки безпосередньо зафіксувати це надзвичайно слабке випромінювання від астрономічних об’єктів неможливо, міжнародна група фізиків вдалася до сміливого експерименту, створивши аналог чорної діри в лабораторних умовах, і вперше спостерігала, як він почав світитися, пише T4.
Для моделювання такого екзотичного об’єкта вчені використали не гравітацію, а принципи фізики конденсованих середовищ. В основі їхньої установки лежав одновимірний ланцюжок атомів, що слугував своєрідним шляхом для руху електронів. У цій системі електрони можуть «перестрибувати» з однієї позиції на іншу. Шляхом точного налаштування енергетичних бар’єрів між атомами, дослідники змогли створити в ланцюжку умовну межу — точку, за якою “перестрибнути” далі ставало неможливо. Ця межа фактично стала аналогом горизонту подій чорної діри — точки неповернення, яка блокувала хвилеподібну природу електронів і не дозволяла їм рухатися далі.
Саме в момент створення цього штучного горизонту подій система почала демонструвати несподівану поведінку. Вчені зафіксували підвищення температури в ланцюжку атомів, що є еквівалентом теплового випромінювання. Це “світіння” системи точно відповідало теоретичним розрахункам для випромінювання Хокінга, надавши одне з найпереконливіших на сьогодні експериментальних підтверджень його існування. Цікаво, що ефект виникав лише тоді, коли частина атомного ланцюга простягалася за межі горизонту подій. Це є вагомим доказом на користь гіпотези, що ключову роль у народженні випромінювання Хокінга відіграє квантова заплутаність — нерозривний зв’язок між частинками, що опинилися по різні боки від горизонту.
Проте результати експерименту виявили й важливі нюанси, що уточнюють теорію. Змодельоване випромінювання було суто тепловим лише за певних умов, зокрема, коли симуляція імітувала «плаский» простір-час, тобто без значного гравітаційного викривлення. Це може означати, що випромінювання реальних чорних дір, де гравітація є екстремальною, може мати складніші, нетеплові характеристики. Незважаючи на те, що це дослідження не дає остаточної відповіді на питання про квантову гравітацію, воно відкриває абсолютно новий шлях для її вивчення. Створена модель є настільки простою та універсальною, що її можна відтворити в різних експериментальних установках, дозволяючи вченим у контрольованих лабораторних умовах досліджувати глибокі зв’язки між гравітацією, квантовою механікою та термодинамікою, не вирушаючи до найближчої чорної діри.
Читайте також: Земля зануриться в темряву на 6 хвилин
Підписуйся на наш Telegram-канал