Как "работят" черните дупки?
Черните дупки са области в космоса, където гравитацията е много силна. Освен това
Лъчение на Хокинг в обикновена черна дупкасе появява, когато двойка виртуални частици се появи на хоризонта на събитията, който се превръща в двойка частица-античастица. В този случай една частица пада зад хоризонта, а другата отлита.
Какво прогнозира Хокинг?
Теоретичният физик Стивън Хокинг прогнозира:въпреки че нищо не може да остави черни дупки, те самите спонтанно излъчват ограничено количество светлина. Известно е като радиация на Хокинг. Според предсказанията на физика това излъчване е спонтанно (т.е. възниква от нищото) и неподвижно (тоест интензивността му не се променя много с времето).
Радиацията на Хокинг е основният аргумент на ученитепо отношение на разпадането (изпарението) на малки черни дупки, което теоретично може да възникне по време на експерименти в LHC - Големия адронен колайдер. Този ефект е в основата на идеята за единствен реактор - устройство за получаване на енергия от черна дупка с помощта на радиация на Хокинг.
Автор: Максимилиен Брис, CERN — Сървър за документи на CERN, CC BY-SA 3.0
В. Грибов в дискусия с Я.Зелдович настоява, че благодарение на квантовото тунелиране черните дупки трябва да излъчват частици Още преди публикуването на работата си Хокинг посещава Москва през 1973 г., където се среща със съветските учени Яков Зелдович и Алексей Старобински. Те демонстрираха на Хокинг, че според принципа на неопределеността на квантовата механика въртящите се черни дупки трябва да генерират и излъчват частици.
Според прогнозите на Хокинг, излъчването на чернодупка е спонтанна. В новото си изследване учените се заели да установят дали излъчването, излъчвано от тяхната черна дупка, също е неподвижно (т.е. дали остава постоянно с течение на времето).
Какво откриха учените?
Изследователи от Israel TechИнститутът Technion наскоро проведе изследване, насочено към тестване на теоретичните прогнози на Хокинг. По-специално те изследваха дали еквивалентът на радиацията на Хокинг в „изкуствена черна дупка“, създадена в лабораторни условия, е неподвижен.
Ако влезете в хоризонта на събитията, няма да го направитеможете да се измъкнете оттук дори и да има светлина. Радиацията на Хокинг започва точно отвъд хоризонта на събитията, където светлината едва може да излезе. Наистина е странно, защото там няма нищо; това е празно пространство. Но тази радиация започва от нищото, излиза и отива към Земята.
Джеф Щайнхауер, един от изследователите в интервю за ScienceX
Как учените създадоха изкуствена черна дупка?
Изкуствена черна дупка, създадена от израелцитеучени, имал дължина около 0,1 мм и бил направен от газ, състоящ се от 8 000 атома рубидий. Това е относително малък брой атоми. Всеки път, когато изследователите го снимаха, черната дупка се срутваше. По този начин, за да наблюдават нейното развитие във времето, те трябваше да създадат черна дупка, да я снимат и след това да създадат друга. Този процес се повтаря много пъти в продължение на месеци.
Аналогова черна дупка, създадена от изследователи. Кредит: Kolobov et al.
Хокинг радиация, излъчвана от този аналогчерна дупка, състои се от звукови вълни, а не от светлина. Атомите на рубидий се движат по-бързо от скоростта на звука, така че звуковите вълни не могат да достигнат хоризонта на събитията и да избягат от черната дупка. Въпреки това, извън хоризонта на събитията газът тече бавно, така че звуковите вълни могат да се движат свободно.
Рубидий тече бързо, по-бързо от скоростта на звука итова означава, че звукът не може да противоречи на потока. Да кажем, че човек се опитва да плува срещу течението. Ако този ток се движи по-бързо, отколкото той е в състояние да плува, тогава е просто невъзможно да се движи напред. Плувецът постоянно се изтласква назад - потокът се движи твърде бързо и в обратна посока. В резултат на това човек засяда на едно място. Ето какво е да си заседнал в черна дупка и да се опиташ да достигнеш хоризонта на събитията отвътре.
Радиацията на Хокинг се състои от двойки фотони (т.е.светлинни частици): едната излиза от черната дупка, а другата пада обратно в нея. В опит да идентифицират радиацията на Хокинг, излъчвана от аналогова черна дупка, учените потърсиха подобни двойки звукови вълни, като едната излиза от черната дупка, а другата се движи в нея. След като идентифицираха тези двойки звукови вълни, изследователите се опитаха да определят дали има корелации между тях. Физиците повториха експеримента си 97 000 пъти - това са 124 дни непрекъснати измервания. В резултат на това изследователите откриха, че двойка звукови вълни се появяват в аналога на черната дупка и също потвърдиха корелацията между тях.
Като цяло резултатите изглежда потвърждават товаизлъчването от черните дупки е неподвижно, както прогнозира Хокинг. Въпреки че тези резултати са свързани преди всичко с аналоговата черна дупка, която те са създали, теоретичните изследвания могат да помогнат да се потвърди дали те могат да бъдат приложени към истински черни дупки.
Какъв е долният ред?
Проучването на учените повдига важни въпроси.Факт е, че те са успели да наблюдават целия живот на аналогова черна дупка и да видят как е започнало излъчването на Хокинг. Бъдещите изследвания биха могли да се опитат да сравнят резултатите от работата с прогнози за това какво ще се случи в истинска черна дупка. По този начин учените ще могат да видят дали „истинската“ радиация на Хокинг започва от нула и след това се увеличава, както физиците наблюдаваха по време на експеримента.
Истинската черна дупка има два хоризонта:външният е хоризонтът на събитията (по-точно хоризонтът на видимостта), а вътрешният е хоризонтът на Коши. Между двата хоризонта има Т-област, където движението на всякакви обекти е възможно само в една посока: светлина, частица или човек ще се движат само навътре. Приливните сили ще се увеличават, докато се придвижвате в тази област към вътрешния хоризонт на Коши. Изненадващо под него движението на обекта към центъра се забавя драстично (в известен смисъл в координатите, придружаващи самия обект).
След спиране в придружаващото съоръжениекоординати, той започва да се изтласква навън - в друга вселена (топологията за реалните черни дупки е нетривиална, има връзка между различни вселени и обектът трябва да бъде изтласкан в друга вселена). В точката на спиране (наричана още точка на завой, точка на гърлото) има максимални приливни сили за дадена черна дупка, даден обект и началните условия за падането на този обект (при други условия този максимум ще бъде различен , но винаги краен).
В зоната вътре във вътрешния хоризонтгравитационното привличане е много по-ниско, така че обектите могат да се движат свободно и вече не се привличат към центъра на черната дупка. Въпреки това, те все още не могат да напуснат черната дупка, защото не могат да преминат през вътрешния хоризонт в обратна посока (т.е. да се насочат към хоризонта на събитията).
По същество хоризонтът на събитията е външната сфера.черна дупка, а вътре в нея има малка сфера, наречена вътрешен хоризонт. Ако човек падне отвъд вътрешния хоризонт, той все още ще бъде заседнал в черна дупка. Но поне няма да усети немислимата физика на това да бъде в него. Човекът ще се озове в по-„нормална“ среда, тъй като силата на гравитацията ще бъде по-ниска и вече няма да е възможно да я усети.
Някои физици са предсказали, че когааналоговата черна дупка образува вътрешен хоризонт, излъчването, което излъчва, става по-силно. Интересното е, че точно това се е случило в аналоговата черна дупка, създадена от изследователите на Technion. По този начин, това изследване може да вдъхнови други физици да изследват ефекта от формирането на вътрешния хоризонт върху интензивността на радиацията на Хокинг.
Прочетете също
Създадена е първата точна карта на света. Какво не е наред с всички останали?
Учените за първи път са записали как планетите се образуват около звездите с ниска маса
Открито е лекарство против стареене, което премахва застаряващите клетки