Учените може би са направили крачка към експерименталното доказване на радиацията на Хокинг. Като използват оптичен аналог на хоризонта на събитията – лабораторен модел на физиката на черната дупка, изследователи от научния институт Вайзман в Реховот, Израел съобщават, че са създали стимулирана радиация на Хокинг.
Според общата теория на относителността от черна дупка излизането е невъзможно. След като нещо навлезе от хоризонта на събитията в сърцето на черната дупка, връщане няма. Гравитационната сила на черната дупка е толкова интензивна, че дори светлината – най-бързото нещо във Вселената, не може да напусне.
Следователно, черната дупка не излъчва електромагнитно излъчване, според общата теория на относителността. Но младият Стивън Хокинг теоретизира през 1974 г., че тя излъчва нещо, ако се мисли според разширената квантова механика.
Това теоретично електромагнитно излъчване се нарича лъчение Хокинг; то прилича на излъчване на черно тяло, произведено от температурата на черната дупка, която е обратно пропорционална на нейната маса (гледайте видеото по-долу, за да разберете това).
Тази радиация би означавала, че черните дупки изключително бавно и постоянно се изпаряват. Но според изчисленията, тази радиация е твърде слаба, за да може да бъде открита с нашите сегашни инструменти.
Учените се опитват да я пресъздадат в лаборатория с аналози на черни дупки. Те могат да бъдат изградени от неща, които произвеждат вълни, като течни и звукови вълни в специален резервоар, от кондензатите Бозе-Айнщайн или от светлината в оптичното влакно.
„Радиацията на Хокинг е много по-общ феномен, отколкото първоначално си мислехме“, обяснява физикът Улф Леонхард за Physics World. „Тя може да се случи на хоризонти на събитията, било то в астрофизиката или със светлината в оптичните материали, водните вълни или свръхохладените атоми."
Очевидно учените няма как да възпроизведат гравитационните ефекти на черна дупка, но участващата математика е аналогична на математиката, която описва черните дупки в общата теория на относителността.
Изборният от екипа метод е оптична система, разработена от Леонхард преди няколко години.
Оптичното влакно действа като проводник. Когато влиза във фибрите, светлината се забавя само малко. За да се създаде хоризонт на събитията, по влакното се изпращат два различни цвята ултрабързи импулси. Първият пречи на втория, което води до ефект на хоризонта на събитията, наблюдаван като промени в индекса на пречупване на влакното.
След това екипът използва допълнителна светлина върху тази система, което води до увеличаване на радиацията с отрицателна честота. С други думи, „негативната“ светлина черпела енергия от „хоризонта на събитията“ – индикация за стимулирана радиация на Хокинг.
Макар че констатациите бяха несъмнено интересни, крайната цел за такива изследвания е да наблюдават лъчение на Хокинг. Стимулираното излъчване е емисия, която изисква външен електромагнитен стимул. В същото време лъчението на Хокинг, произхождащо от черна дупка, ще бъде спонтанно, не стимулирано.
Има и други проблеми около стимулираните експерименти с радиацията на Хокинг – те рядко са недвусмислени, тъй като е невъзможно точно да се пресъздадат в лаборатория условията около хоризонта на събитията.
С този експеримент, например, е трудно да бъде 100% сигурно, че емисията не е създадена от усилване на нормална радиация, въпреки че учените са уверени, че техният експеримент действително е произвел радиацията на Хокинг.
Така или иначе, това завладяващо постижение изправя екипа пред друга мистерия – те открили, че резултатът не е такъв, какъвто очаквали.
„Нашите изчисления предвиждат много по-силна светлина на Хокинг, отколкото наблюдавахме“, казва Леонард.
„Ние планираме да проучим това по-нататък. Но сме отворени за изненади и ще останем наши собствени най-лоши критици."
Изследването е публикувано във Physical Review Letters..
