Учени създават отгледан в лаборатория аналог на черна дупка, за да тестват една от най-известните теории на Стивън Хокинг – и тя се държи точно както той прогнозира.
Експериментът, създаден чрез използване на верига от атоми с един файл за симулиране на хоризонта на събитията на черна дупка, добавя допълнителни доказателства към теорията на Хокинг, че черните дупки трябва да излъчват слаб блясък на радиация от виртуални частици, произволно появяващи се близо до техните граници. Нещо повече, изследователите откриват, че повечето от светлинните частици или фотоните трябва да се произвеждат около краищата на космическите чудовища.
Екипът публикува своите открития на 8 ноември в списание Physical Review Research. Според квантовата теория на полето няма такова нещо като празен вакуум. Пространството вместо това гъмжи от малки вибрации, които, ако са наситени с достатъчно енергия, произволно избухват във виртуални частици – двойки частица-античастица, които почти незабавно се унищожават една друга, произвеждайки светлина.
През 1974 г. Стивън Хокинг прогнозира, че екстремната гравитационна сила, усещана в устията на черните дупки – техните хоризонти на събитията – ще призове фотони в съществуване по този начин. Гравитацията, според общата теория на относителността на Айнщайн, изкривява пространство-времето, така че квантовите полета стават по-изкривени, колкото повече се приближават до огромното гравитационно привличане на сингулярността на черна дупка.
Поради несигурността и странността на квантовата механика, това изкривяване създава неравномерни джобове на различно движещо се време и последващи пикове на енергия в полето. Именно тези енергийни несъответствия карат виртуалните частици да излизат от това, което изглежда като нищо в периферията на черните дупки, преди да се унищожат, за да произведат слабо сияние, наречено радиация на Хокинг. Физиците се интересуват от предсказанието на Хокинг, защото то е направено на крайната граница на две големи, но в момента несъвместими теории на физиката: теорията на Айнщайн за общата теория на относителността, която описва света на големите обекти, и квантовата механика, която описва странното поведение на най-малките частици.
Но откриването на хипотетичната светлина директно е нещо, което астрофизиците едва ли някога ще постигнат. Първо, има значителни предизвикателства, породени както от пътуването до черна дупка – най-близката известна е на 1566 светлинни години от Земята – и, веднъж попаднали там, да не бъдете засмукани и превърнати в спагети от нейното огромно гравитационно привличане. Второ, смята се, че броят на фотоните на Хокинг, възникващи около черните дупки, е малък; и в повечето случаи ще бъдат заглушени от други светлинни ефекти, като например високоенергийните рентгенови лъчи, излъчени от материята, въртяща се около пропастта на черната дупка.
При липсата на истинска черна дупка, физиците са започнали да търсят радиация на Хокинг в експерименти, които симулират техните екстремни условия. През 2021 г. учените използваха едноизмерен ред от 8000 преохладени, лазерно ограничени атоми на елемента рубидий, мек метал, за да създадат виртуални частици под формата на вълнообразни възбуждания по веригата. Сега друг експеримент с атомна верига постигна подобно постижение, този път чрез настройване на лекотата, с която електроните могат да прескачат от един атом на следващия в линията, създавайки синтетична версия на хоризонта на събитията, изкривяващ пространство-времето на черна дупка. След като настройват тази верига, така че част от нея да падне над симулирания хоризонт на събитията, изследователите записват скок на температурата във веригата – резултат, който имитира инфрачервеното лъчение, произведено около черни дупки.
Откритието предполага, че радиацията на Хокинг може да се появи като ефект на квантово заплитане между частици, разположени от двете страни на хоризонта на събитията. Интересното е, че ефектът се появява едва когато амплитудата на скоковете преминава от няколко зададени конфигурации на плоско пространство-време към изкривено – което предполага, че радиацията на Хокинг изисква промяна в специфични енергийни конфигурации на пространство-времето, за да бъде произведена. Тъй като мощните гравитационни изкривявания, произведени от черната дупка, отсъстват от модела, какво означава това за теорията на квантовата гравитация и за потенциалното естествено произведено истинско лъчение на Хокинг е неясно, но въпреки това предлага привлекателен поглед към неизследваната досега физика.
