|  | 23 августа 2016 | Новости науки и техники

Ученым впервые удалось наблюдать квантовые эффекты излучения Хокинга в лабораторных условиях

Черная дыра


Джефф Стеинхоер (Jeff Steinhauer), ученый-физик из израильского Технологического института (Israel Institute of Technology), провел ряд экспериментов, во время которых он пытался создать "виртуальную" черную дыру в лабораторных условиях. Можно сказать, что эти эксперименты были успешными, ученому удалось доказать, что теория Стивена Хокинга, описывающая излучение от черной дыры, является верной, несмотря на то, что эксперименты были основаны на использовании звуковых колебаний, а не волн света. Следует отметить, что то, что ученому удалось увидеть воочию некоторые квантовые эффекты излучения Хокинга от виртуальной черной дыры, является первым разом в истории науки, когда нечто подобное было создано в лабораторных условиях.

Достаточно долгое время ученые считали, что ничего не может покинуть пределов черной дыры, пройдя условную границу, называемую горизонтом событий. Однако, в 1974 году известный ученый Стивен Хокинг (Stephen Hawking) опубликовал работу, обосновывающую то, что некоторые частицы все же могут покинуть пределы черной дыры. Поток этих частиц получил название излучения Хокинга и образуется он за счет спонтанного рождения пар запутанных на квантовом уровне частиц и античастиц на границе горизонта событий. При этом, одна из частиц проваливается внутрь горизонта событий, а вторая - "сбегает" в пространство, унося с собой частицу энергии и массы черной дыры.

Такой эффект служит объяснением феномена, заключающегося в том, что некоторые из черных дыр со временем становятся меньше и в конечном счете полностью исчезают. Однако, излучение Хокинга настолько слабо, что никому не удалось измерить его непосредственно, единственной возможностью для проверки теории Хокинга являлось и является создание виртуальных черных дыр в лабораторных условиях.

Один из типов виртуальных черных дыр был предложен в 1981 году ученым-физиком Биллом Анрухом (Bill Unruh) из университета Британской Колумбии. В его модели роль фотонов света играют фононы, кванты звуковых колебаний. Эти фононы возникают на краю виртуального водопада, на границе, где поток воды резко ускоряется, падая вниз. И в некоторых случаях на границе водопада может возникать пара запутанных на квантовом уровне фононов, один из которых падает вместе с водой, а второй - "сбегает" наружу, становясь аналогом излучения Хокинга. И Джеффу Стеинхоеру удалось создать в своей лаборатории устройство, основанное на вышеописанной идее, которое позволило ему наблюдать эффект излучения Хокинга.

Основу эксперимента составлял небольшой объем жидкости, в котором при помощи света лазера создавался быстрый поток. На границе неподвижной жидкости и быстрого потока возникали пары запутанных фононов, некоторые из которых разделялись. Один фонон увлекался потоком, движущимся быстрее скорости звука, а второй оставался в объеме спокойной жидкости, т.е. "сбегал из виртуальной черной дыры". В качестве жидкости выступа конденсат Бозе-Эйнштейна, состоящий из облака 87 атомов рубидия. Джеффу Стеинхоеру потребовалось повторить эксперимент 4600 раз для того, чтобы удостовериться в том, что фононы на самом деле являются запутанными на квантовом уровне и один из них является аналогом излучения Хокинга.

К сожалению, подобный эксперимент не является прямым доказательством теории Хокинга. Однако, результаты этого эксперимента увеличивают степень достоверности теории и такая ситуация будет продолжаться до той поры, пока ученые не получат в свое распоряжение технологии и инструменты, которые позволят произвести первые прямые измерения излучения Хокинга.




Ключевые слова:
Виртуальная, Черная, Дыра, Фотон, Фонон, Эксперимент, Лаборатория, Теория, Излучение, Хокинг

Первоисточник

Другие новости по теме:
  • Стивен Хокинг допускает возможность "побега из тюрьмы" черной дыры
  • Создана "настольная" модель акустической черной дыры, которая испускает и ...
  • Ученые вывели математические доказательства того, что черные дыры не могут ...
  • Получено экспериментальное подтверждение существования радиации Хокинга, ра ...
  • Физик Стивен Хокинг утверждает о возможности путешествий во времени.




  • 23 августа 2016 15:45
    #1 Написал: Rsa

    Публикаций: 0
    Комментариев: 480
    Такой эффект служит объяснением феномена, заключающегося в том, что некоторые из черных дыр со временем становятся меньше и в конечном счете полностью исчезают.

    Данный "феномен" существует лишь в теории. На практике его никто никогда не наблюдал. К тому же, согласно расчетам Хоукинга исчезнуть таким способом может лишь черная дыра микроскопических размеров, поскольку в противном случае, поток случайно падающих в нее частиц будет значительно превышать уносимый этим излучением.
        
    24 августа 2016 01:20
    #2 Написал: Helltorn

    Публикаций: 0
    Комментариев: 190
    Эксперемент Стеинхоера убедительно доказал что излучение Хоккинга возможно! Впринципе теоретически это предположил ещё Шварцшпрингер, но тогда это казалось просто БРЕДОМ сивой кобылы.
    Многие эффекты, наблюдаемые телескопами так же доказывают эту теорию. Например:
    1) Во вселенной существует огромное количество микроскопических и гигантских чёрных дыр, однако наличие чёрных дыр средних размеров окончательно не доказано (хотя кандидаты есть)
    2)Чёрные дыры малой массы в спокойных частях галактик имеют свойство испаряться без остатка. (правда история наблюдений слишком коротка и это может быть лишь погрешностью наблюдений)
    3) Излучение Хокинга главным образом должно состоять из B-излучения и вокруг чёрных дыр оно выраженно ярко (однако оно может быть просто вторичным излучением ионизированного газа)
    Собственно теория Хокинга не имеет потиворечий, однако сомневаюсь что Человечество когда-либо сможет измерить излучение черной дыры на границе Шпицшпрингера с помощью телеметрической аппаратуры непосредственно на месте событий...
        
    24 августа 2016 01:50
    #3 Написал: Rsa

    Публикаций: 0
    Комментариев: 480
    Цитата: Helltorn
    Шварцшпрингер, Шпицшпрингер...

    Хорошо хоть не Шикльгрубер wink Шварцшильд его звали.

    И откуда информация из п.2? Первый раз слышу о каких-либо наблюдениях на этот счет. Не то чтобы этого не могло быть в принципе, но дыры вообще сложно наблюдать непосредственно, а уж мелкие, которые могут испариться и подавно. Такие сперва еще обнаружить нужно. Хоть одну, чего пока никто не сделал.
        
    24 августа 2016 21:40
    #4 Написал: Helltorn

    Публикаций: 0
    Комментариев: 190
    В галактике Млечный путь кроме супергигантской централной чёрной дыры существуют несколько тысяч мини чёрных дыр размером от 20 до 100 масс Солнца. Исключая чёрные дыры существующие в составе микрошаровых галактик, поглощенных когда то Млечным путем, существуют так же одиночные черные дыры, возникшие в результате взрыва одиночных звёзд сврхгигантов. В прошлом году телескоп помоему Спитцер (точно не помню) выполнял задачу составления карты Млечного пути и в инфрокрасном диапозоне одиночные микрочерные дыры на фоне Галактики видны очень хорошо.
    Специалисты НАСА сделали сравнение со снимками телескопа Хаббл от 2002 года и недосчитались несколько десятков одиночных микрочерных дыр. Это не стало сенсацией только потому что возможно эти черные дыры были "блуждающими" и Хаббл не выполнял задачи каталогизации Галактики, вследствии чего его снимки нельзя считать прямыми доказательствами.
    Но теория "испарения" чёрных дыр очень вероятна. Теперь наблюдения будут вестись с высокой точностью и лет через 10 можно будет достоверно подтвердить или опровергнуть теорию!
        
    25 августа 2016 00:43
    #5 Написал: sashastal

    Публикаций: 0
    Комментариев: 3
    пара запутанных на квантовом уровне фононов (квантов звуковых колебаний)... Это довольно таки сложно представить recourse
        
    25 августа 2016 01:42
    #6 Написал: Rsa

    Публикаций: 0
    Комментариев: 480
    Цитата: Helltorn
    Но теория "испарения" чёрных дыр очень вероятна.

    Для дыр величиной в несколько солнечных масс она совершенно невероятна. Дыры с массой более чем несколько миллиардов тонн (а это всего-лишь масса среднего астероида) имеют срок испарения превышающий возраст вселенной. Давно уже все это просчитано и если и искать кандидатов на проверку теории, то именно микроскопических. А современная астрономия таких не в состоянии найти, даже если они и существуют. Но некоторые поиски тем не менее велись, процитирую вики:

    "Согласно общей теории относительности, при образовании Вселенной могли бы рождаться первичные чёрные дыры, некоторые из которых (с начальной массой 10^12 кг) должны были бы заканчивать испаряться в наше время[6]. Так как интенсивность испарения растёт с уменьшением размера чёрной дыры, то последние стадии должны быть по сути взрывом чёрной дыры. Пока таких взрывов зарегистрировано не было."
        
    25 августа 2016 21:30
    #7 Написал: Bond013

    Публикаций: 0
    Комментариев: 218
    Всё это прекрасно, и даже , возможно, верно. Если верно само понимание чёрной дыры. А вот в этом у меня большие сомнения.
        
    26 августа 2016 01:52
    #8 Написал: Rsa

    Публикаций: 0
    Комментариев: 480
    Цитата: Bond013
    А вот в этом у меня большие сомнения

    В этом у всех большие сомнения, но ничего лучше, да еще чтобы согласовывалось со всеми наблюдениями, пока не придумали.
        
    26 августа 2016 12:54
    #9 Написал: Bond013

    Публикаций: 0
    Комментариев: 218
    ключевое слово здесь "наблюдение". Вопрос в том что именно мы наблюдаем, а что "аппроксимируем" и не меняем ли мы наблюдаемое на аппроксимируемое.
        
    31 августа 2016 01:51
    #10 Написал: Helltorn

    Публикаций: 0
    Комментариев: 190
    sashastal,
    Звук не распространяется в вакууме, хотя является электромагнитной волной переносимой квантами. На границе среды (здесь облака охлажденного рубидия) и вакуумом возникают стоячие звуковые волны в которых кванты как бы расплескиваются по поверхности, формируя временно новые структуры (фононы). Далее облако рубидия разделялось с помощью лазера и одна его часть начинала течь со скоростью превышающей скорость звука, а вторая оставалась неподвижной. Так образовывался ГОРИЗОНТ СОБЫТИЙ (как в черной дыре) и фононы звука уже не могли попадать из одной части облака в другую, однако это происходило. После несколько тысячь опытов стало очевидно подтверждение устойчивого излучения Хоккинга.
    Теперь стоит вопрос:
    Если звук преодолевает гипперзвуковой барьер горизонта событий, то что мешает свету преодолевать гипперсветовой барьер горизонта событий Черной дыры?
    Природа звука и света - электромагнитные колебания и они могут одинаково взаимодействовать с горизонтом событий. Однако окончательно утверждать это до конца невозможно, а проверить на практике - недоступно!
        
    31 августа 2016 10:29
    #11 Написал: Bond013

    Публикаций: 0
    Комментариев: 218
    Цитата: Helltorn
    Звук не распространяется в вакууме, хотя является электромагнитной волной


    Цитата: Helltorn
    Природа звука и света - электромагнитные колебания


    Разве?
        

    Информация

    Посетители, находящиеся в группе Гости, не могут оставлять комментарии к данной публикации.