Ще в другій половині XX століття Стівен Гокінг передбачив, що чорні діри мають власне випромінювання, яке згодом назвали на його честь. Однак відтворити це явище в лабораторії науковцям довго не вдавалося. Тепер же портал Live Science розповів про експеримент, у якому дослідники створили мініатюрну чорну діру за допомогою скла та лазерного променя.
Це явище цікаве насамперед тим, що лежить на перетині найважливіших ідей фізики. Ще 1972 року ізраїльський фізик Джейкоб Бекенштайн припустив, що чорні діри мають ненульову температуру та ентропію. Через два роки Гокінг теоретично обґрунтував їхнє теплове випромінювання. Саме тому повна назва ефекту звучить як випромінювання Бекенштайна-Гокінга, хоча частіше вживають скорочений варіант — випромінювання Гокінга. Хай там як, ідеться про одне й те саме явище. Воно поєднує квантову фізику, загальну теорію відносності та термодинаміку — галузі, що зазвичай суперечать одна одній.
Причому суперечність між ними доволі глибока. Адже загальна теорія відносності описує простір і час як гладкі та неперервні, натомість квантова механіка змальовує світ окремих непередбачуваних стрибків. Досі ж нікому не вдалося остаточно примирити ці два погляди.
Саме через таку розбіжність вивчати випромінювання Гокінга надзвичайно складно. Воно й досі лишається гіпотетичним. Астрономи ніколи не фіксували його у справжніх чорних дірах і, найімовірніше, не зафіксують. Це сяйво надто тьмяне, щоб розгледіти його в темряві космосу. Тому фізики вдаються до лабораторних аналогів, які підпорядковуються тій самій математиці. Вони будують мініатюрні чорні діри з проточної води, ультрахолодних атомів, а цього разу — ще й зі світла.
В основі кожного такого аналога лежить рухоме середовище. Щоб пояснити цей принцип, автори наукової праці, опублікованої в журналі Nature, наводять порівняння з плавцем у морі. Течія там швидша за нього, тож рано чи пізно вона його зносить. Те саме відбувається за горизонтом подій чорної діри — і саме тому звідти зазвичай ніщо не може вирватися.
Щоб відтворити таку течію в лабораторії, дослідникам потрібне було середовище, здатне рухатися достатньо швидко. І вони обрали найелегантніший варіант — саме світло. Науковці спрямували потужний, але дуже короткий імпульс у тонке фотонно-кристалічне волокно, тобто у скляну нитку, пронизану крихітними повітряними каналами. Рухаючись волокном, цей імпульс трохи змінював заломлення світла й у такий спосіб створював подобу горизонту подій. Услід за ним у потік потрапляв другий імпульс, що правив за зонд, і щойно він переставав устигати за течією, виникав штучний горизонт.
Однак зафіксувати результат вдалося лише в ультрафіолетовому діапазоні. За теорією, випромінювання Гокінга народжується парами частинок. Одна з них утікає, тоді як друга, із «від’ємною» енергією, відповідає тому, що падає у справжню чорну діру. Саме таку частинку в цьому досліді й зафіксували як ультрафіолетове випромінювання.