Черная дыра испарилась в лаборатории

Итальянские физики нашли экспериментальное доказательство одного из самых необычных свойств черных дыр – объектов, само существование которых до сих пор некоторыми астрофизиками ставится под сомнение. Сам термин «черная дыра», описывающий релятивистский объект, который все поглощает и ничего не испускает, был придуман и популяризирован в 1967 американским физиком Джоном Арчибальдом Уилером. Однако уже в 1974 году британский астрофизик Стивен Хокинг показал: кое-что излучать такие объекты, если они и существуют во Вселенной, все-таки должны.

Квантовый чайник

Этот вывод сделан на основе квантовых представлений о пространстве. Согласно им, даже в физическом вакууме ежесекундно рождается множество пар «частица-античастица». Эти пары аннигилируют очень быстро. Некоторые пары, родившись из квантовых флуктуаций рядом с черной дырой, просто аннигилируют вне ее горизонта событий. Другие, родившись слишком близко к нему, безвозвратно исчезают в дыре. А есть и те, которые не успевают исчезнуть до того момента, пока одна из частиц не провалится за горизонт событий. В таком случае одна из частиц захватывается черной дырой, а другая улетает прочь. Так и должно происходить квантовое испарение. Причем, чем меньше масса дыры, тем быстрее она должна испаряться. Важным является не только само излучение, но и то, что оно имеет тепловой спектр. Например, черная дыра с массой 10¹² кг должна вести себя как тело с температурой 10¹¹ К, излучающее очень жесткие гамма-кванты и частицы. Правда, таких черных дыр в природе никто не видел. А известные черные дыры звездных масс должны излучать совсем не так активно. Например, дыра с массой Солнца уже должна иметь тепловой спектр, как тело с температурой 10^-9 К. Что, естественно, пока экспериментально подтвердить невозможно.

Лазерный кипятильник

После Хокинга некоторые ученые указывали на возможность существования горизонта событий не только у черных дыр, а, например, в сплошной среде. И команде ученых под руководством Франко Бельджорно из университета Милана не просто удалось его получить. Они смогли зафиксировать хокингово излучение.

Исследователи пропустили мощный луч лазера через среду с непостоянным показателем преломления. Распространяясь в нелинейной диэлектрической среде, луч создает некое подобие ударной волны, которая сопровождается еще большим ростом показателя преломления. Это замедляет распространение луча. «Выбрав определенные условия (частоту и показатель преломления), можно вообще остановить световые волны», -- пояснил Бельджорно. И тогда в определенной области пространства возникает «горизонт», за который луч лазера проникать не может. Эту область пространства физики называют горизонтом событий белой дыры. Вблизи этого горизонта, как и предсказывает теория, могут происходить события, похожие на испарение черных дыр.

В своей установке итальянцы пропустили луч лазера длиной волны 1055 нм через кусок кварца. Под некоторым углом к лучу приемник излучения зафиксировал выходящее излучение на волне 850 нм. По мнению ученых, это излучение рождено процессом, схожим по своей сути с квантовым испарением черных дыр. Тем не менее, экспериментаторам еще предстоит доказать, что свет возникает не из-за черенковского излучения и не из-за рассеяния в образце, и не из-за флюоресценции.

Работа ученых опубликована в журнале Technology Review.