Используя цепочку атомов, расположенных в один ряд, для моделирования горизонта событий чёрной дыры, группа физиков в 2022 г. наблюдала эквивалент того, что мы называем излучением Хокинга, — частицы, рождающиеся в результате возмущений квантовых флуктуаций, вызванных разрывом пространства-времени чёрной дыры.
Это, по их мнению, может помочь разрешить противоречие между двумя непримиримыми в настоящее время системами описания Вселенной: общей теорией относительности, которая описывает поведение гравитации как непрерывного поля, известного как пространство-время, и квантовой механикой, которая описывает поведение дискретных частиц с помощью математики вероятности.
Для создания единой теории квантовой гравитации, которая могла бы применяться повсеместно, эти две несмешивающиеся теории должны найти способ как-то ужиться друг с другом.
Именно здесь и появляются чёрные дыры — возможно, самые странные и экстремальные объекты во Вселенной. Эти массивные объекты обладают такой невероятной плотностью, что в пределах определённого расстояния от центра масс чёрной дыры ни одна скорость во Вселенной не даст ничему убежать наружу.
Это расстояние, изменяющееся в зависимости от массы чёрной дыры, называется горизонтом событий. Мы можем только предполагать, что происходит, когда объект пересекает его границу, поскольку оттуда ничего не возвращается. Но в 1974 году Стивен Хокинг предположил, что прерывание квантовых флуктуаций, вызванное горизонтом событий, приводит к появлению излучения, очень похожего на тепловое.
Если это излучение Хокинга и существует, то пока оно слишком слабое, чтобы мы могли его обнаружить. Возможно, мы никогда не сможем вычленить его из шипящей статики Вселенной. Но мы можем исследовать его свойства, создавая в лабораторных условиях аналоги чёрных дыр.
Такие эксперименты проводились и раньше, но в ноябре 2022 года группа под руководством Лотты Мертенс из Амстердамского университета (Нидерланды) попробовала сделать нечто новое.
Одномерная цепочка атомов служила для электронов путём «перепрыгивания» из одного положения в другое. Настраивая лёгкость перескока, физики смогли добиться исчезновения определённых свойств, создав своеобразный горизонт событий, который вмешивался в волнообразную природу электронов.
По словам специалистов, эффект фальшивого горизонта событий привёл к повышению температуры, которое соответствовало теоретическим ожиданиям для эквивалентной системы чёрных дыр, но только в том случае, если часть цепочки выходила за горизонт событий.
Это может означать, что запутанность частиц, выходящих за горизонт событий, играет важную роль в генерации излучения Хокинга.
Смоделированное излучение Хокинга было тепловым только для определённого диапазона амплитуд скачков и при моделировании, которое начиналось с имитации вида пространства-времени, считающегося «плоским». Это позволяет предположить, что излучение Хокинга может быть тепловым только в определённом диапазоне ситуаций и при изменении искривления пространства-времени под действием гравитации.
Пока неясно, что это означает для квантовой гравитации, но модель предлагает способ изучения возникновения излучения Хокинга в условиях, на которые не влияет бурная динамика образования чёрной дыры. По словам исследователей, благодаря своей простоте она может быть использована в самых разных экспериментальных установках.
