Нищо не може да избяга от черна дупка. Общата теория на относителността е много ясна по този въпрос. Каквото и да прекоси хоризонта на събитията на черна дупка, завинаги е загубено за Вселената. Само дето това не е съвсем вярно. Вярно е според теорията на Айнщайн, но Общата теория на относителността е класически модел. Той не взема предвид квантовите аспекти на природата. За това ще трябва квантова теория на гравитацията, която ние нямаме. Но имаме някои идеи за някои от ефектите на квантовата гравитация, а едно от най-интересните е радиацията на Хокинг.
Един от начините за изследване на квантовата гравитация е да се разгледа как могат да се държат квантовите обекти в изкривено пространство. Обикновено в квантовата теория се приема, че пространството е фиксиран и плосък фон. Специалната теория на относителността все още се прилага, но Общата теория на относителността - не. По принцип просто се игнорира гравитацията, тъй като ефектите от нея са много малки. Това работи чудесно за неща като атоми в гравитацията на Земята. Но квантовата механика около хоризонта на събитията на черна дупка е много по-различна.
Хокинг не е първият, който изучава квантовите ефекти на черните дупки, но той показва, че хоризонтите на събитията не са неизменни. Ако квантов обект беше завинаги свързан с черната дупка, ние щяхме да знаем с абсолютна сигурност къде се намира обектът. Но квантовите системи са размити и винаги има несигурност за тяхното местоположение. Бихме могли да кажем, че квантовият обект вероятно е в черната дупка, има малък шанс да не е. Това означава, че с течение на времето обектите могат да тунелират покрай хоризонта на събитията и да избягат. Това кара черната дупка да загуби малко маса и колкото по-малко маса има черната дупка, толкова по-лесно могат да избягат квантовите обекти.
Така черните дупки могат да излъчват слаба енергия благодарение на радиацията на Хокинг. Интересното в това е, че ефектите свързват черните дупки с термодинамиката. Тъй като черните дупки излъчват малко светлина, те следователно имат температура. От този прост факт физиците са разработили теорията за термодинамиката на черните дупки , която ни помага да разберем какво се случва, когато черните дупки се слеят, наред с други неща.
Как могат да се изследват симулирани черни дупки. Кредит: Anthony Brady, University of Arizona
Това е брилянтно, но проблемът е, че никога не сме наблюдавали радиация на Хокинг. Повечето физици смятат, че това се случва, но ние не можем да го докажем. И като се има предвид (теоретично) колко слаба е радиацията на Хокинг и колко далеч са дори най-близките черни дупки, няма вероятност да открием радиация на Хокинг в обозримо бъдеще. Затова учените разглеждат аналогови системи като водни вихри или оптични системи, които имат свойства, подобни на хоризонта на събитията.
Едно скорошно проучване, публикувано в Physical Review Letters, разглежда аналози на оптични черни дупки и открива интересен ефект на радиацията на Хокинг. Един от начините за симулиране на черни дупки е да се създаде ограничен пакет светлина в нелинеен оптичен материал. Материалът действа като един вид еднопосочен порт, така че фотоните могат да влязат в пакета само в една посока (като еднопосочната природа на хоризонта на събитията в черна дупка). От другата страна на пакета фотоните могат само да напускат, което е подобно на хипотетична бяла дупка. Така оптичната система моделира двойка черна-бяла дупка.
Екипът използва компютърни симулации, за да проучи какво ще се случи, когато една квантова система премине през симулираната двойка. Те откриват, че двойката може да се използва за създаване на квантов ефект, известен като квантово вплитане. Когато две частици се създават като квантова двойка, те се вплитат, което означава, че взаимодействието с една частица засяга и другата. Смята се, че когато частиците избягат от черна дупка чрез радиация на Хокинг, те правят това като вплетени двойки. Според тази последна работа, симулираната двойка черна дупка/бяла дупка може да се използва за промяна на вплитането на система, преминаваща през нея. Системата може дори да бъде настроена така, че вплитането да се засили или отслаби.
Тази работа подкрепя идеята, че радиацията на Хокинг се среща в вплетени двойки, но също така показва как вплитането може да бъде настроено експериментално, което би било много полезно за други изследвания, като теория на информацията и квантови изчисления. Следващата стъпка е действително да се извърши този вид експеримент в лаборатория. Ако работи, както е предвидено, учените ще разполагат с нов мощен начин за изследване на квантовите системи.
Справка: Agullo, Ivan, Anthony J. Brady, and Dimitrios Kranas. “Quantum Aspects of Stimulated Hawking Radiation in an Optical Analog White-Black Hole Pair.” Physical Review Letters 128.9 (2022): 091301.
Източник: A new way to Confirm Hawking's Idea That Black Holes Give off Radiation, Universe Today
Още по темата
Физика
Има ли червейна дупка в черните дупки? Може би не всичко е загубено
Космос
Едно и също ли са черните дупки и тъмната материя? Астрофизиците променят обясненията на учебниците
Космос
Двама физици случайно откриват нещо ново и важно за черните дупки
Коментари
Моля, регистрирайте се от TУК!
Ако вече имате регистрация, натиснете ТУК!
Няма коментари към тази новина !
Последни коментари