Як «працюють» чорні діри?
Чорні діри - це області в космосі, де гравітація дуже сильна. Причому
У звичайній чорній дірі випромінювання Хокінгаз'являється, коли у горизонту подій виникає пара віртуальних частинок, яка перетворюється на пару «частка-античастка». При цьому одна частка падає за горизонт, а інша відлітає геть.
Що передбачав Хокінг?
Фізик-теоретик Стівен Хокінг передбачив:хоча ніщо не може покинути чорні діри, вони самі спонтанно випускають обмежену кількість світла. Воно відоме як випромінювання Хокінга. Згідно з передбаченнями фізика, це випромінювання буває мимовільним (т. Е. Виникає з нічого) і стаціонарним (т. Е. Його інтенсивність не сильно змінюється з часом).
Випромінювання Хокінга - головний аргумент вченихщодо розпаду (випаровування) невеликих чорних дірок, які теоретично можуть виникнути в ході експериментів на ВАК — Великому адронному колайдері. На цьому ефекті заснована ідея сингулярного реактора – пристрої для отримання енергії із чорної діри за рахунок випромінювання Хокінга.
Автор: Maximilien Brice, CERN & # 8212; CERN Document Server, CC BY-SA 3.0
В. Грибов у дискусії з Я.Ще до публікації своєї роботи Хокінг відвідав Москву в 1973 році, де він зустрічався з радянськими вченими Яковом Зельдовичем і Олексієм Старобінським. Вони продемонстрували Хокінгу, що відповідно до принципу невизначеності квантової механіки чорні діри, що обертаються, повинні породжувати і випромінювати частки.
Згідно з передбаченнями Хокінга, випромінювання чорнихдірок є спонтанним. У своєму новому дослідженні вчені мали намір з'ясувати, чи є випромінювання, що випускається їх чорною дірою, також стаціонарним (т. Е. Залишається воно постійним у часі).
Що з'ясували вчені?
Дослідники з Ізраїльського технологічногоінституту Техніон недавно провели дослідження, спрямоване на перевірку теоретичних передбачень Хокінга. Зокрема вони вивчали, чи був еквівалент випромінювання Хокінга в «штучної чорної діри», створеної в лабораторних умовах, стаціонарним.
Якщо ви увійдете всередину горизонту подій, то неможете вибратися звідси навіть для світла. Випромінювання Хокінга починається відразу за горизонтом подій, звідки світло ледве може піти. Це справді дивно, бо там нічого немає; це порожній простір. Але це випромінювання починається з нічого, виходить і йде до Землі.
Джефф Штайнхауер, один із дослідників в інтерв'ю для ScienceX
Як вчені створили штучну чорну діру?
Штучна чорна діра, створена ізраїльськимивченими, мала довжину приблизно 0,1 мм і була зроблена з газу, що складається з 8 000 атомів рубідію. Це відносно невелика кількість атомів. Кожен раз, коли дослідники фотографували її, чорна діра руйнувалася. Таким чином, щоб спостерігати за її еволюцією в часі, їм довелося створити чорну діру, сфотографувати її, а потім створити ще одну. Цей процес повторювався багато разів, протягом місяців.
Аналогова чорна діра, створена дослідниками. Надано: Колобов та ін.
Випромінювання Хокінга, що випускається цією аналоговоїчорною дірою, складається з звукових хвиль, а не світових. Атоми рубідію рухаються швидше за швидкість звуку, тому звукові хвилі не можуть досягти горизонту подій і вирватися з чорної діри. Однак за межами горизонту подій газ тече повільно, тому звукові хвилі можуть вільно переміщатися.
Рубідій тече швидко, швидше за швидкість звуку, аце означає, що звук не може йти проти потоку. Припустимо, людина намагається плисти проти течії. Якщо ця течія йде швидше, ніж він в змозі плисти, тоді рухатися вперед просто неможливо. Плавця постійно відштовхує назад - потік рухається занадто швидко і в протилежному напрямку. В результаті людина застрягає на одному місці. Ось на що схоже бути застрягли в чорній дірі і намагатися досягти горизонту подій зсередини.
Випромінювання Хокінга складається з пар фотонів (тобтолегких частинок): один виходить із чорної дірки, а інший падає назад у неї. Намагаючись ідентифікувати випромінювання Хокінга, яке випускає аналогова чорна діра, вчені шукали схожі пари звукових хвиль, одна виходила з чорної діри, а інша рухалася в неї. Після того, як вони ідентифікували ці пари звукових хвиль, дослідники спробували визначити, чи між ними існують кореляції. Фізики повторили свій експеримент 97 000 разів - це 124 дні безперервних вимірювань. У результаті дослідники виявили, що у аналога чорної діри виникає пара звукових хвиль, а також підтвердили кореляцію між ними.
В цілому результати, схоже, підтверджують, щовипромінювання, що випускається чорними дірами, є стаціонарним, як і передбачав Хокінг. Хоча ці результати відносяться в першу чергу до створеної ними аналогової чорній дірі, теоретичні дослідження можуть допомогти підтвердити, чи можна їх застосувати і до реальних чорних дірок.
Що в підсумку?
Дослідження вчених порушує важливі питання.Справа в тому, що їм вдалося спостерігати весь час життя аналогової чорної дірки та побачити, як почалося випромінювання Хокінга. У майбутніх дослідженнях можна спробувати порівняти результати роботи з прогнозами про те, що станеться у реальній чорній дірі. Таким чином, вчені зможуть побачити, чи починається «справжнє» випромінювання Хокінга з нуля, а потім збільшується, як і спостерігали фізики вчасно експерименту.
У реальної чорної діри два горизонти:зовнішній - горизонт подій (точніше, горизонт видимості) і внутрішній - горизонт Коші. Між двома горизонтами існує Т-область, де рух для будь-яких об'єктів можливо тільки в одну сторону: світло, частка або людина будуть рухатися тільки всередину. Приливні сили будуть наростати в міру руху в цій області до внутрішнього горизонту Коші. Дивно, але під ним рух об'єкта до центру різко сповільнюється (в деякому сенсі в координатах, супутніх самому об'єкту).
Після зупинки в супутніх об'єктукоординатах він починає виштовхувати назовні - в іншу всесвіт (топологія для реальних чорних дір нетривіальна, в ній існує зв'язок між різними вселеними, і об'єкт повинен виштовхувати в іншу всесвіт). У точці зупинки (її називають ще точкою повороту, точкою горловини) існують максимальні приливні сили для даної чорної діри, даного об'єкта і початкових умов падіння цього об'єкта (в інших умовах цей максимум буде вже іншим, але завжди кінцевим).
В області всередині внутрішнього горизонтугравітаційне тяжіння набагато нижче, тому об'єкти можуть вільно переміщатися і більше не притягуються до центру чорної діри. Тим не менш, вони все ще не можуть покинути чорну діру, оскільки не можуть пройти через внутрішній горизонт в протилежному напрямку (т. Е. Прямуючи до горизонту подій).
По суті, горизонт подій - це зовнішня сферачорної діри, а всередині неї є невелика сфера, яка називається внутрішнім горизонтом. Якщо людина впаде за внутрішній горизонт, то все одно застрягне в чорній дірі. Але, принаймні, він не відчує неймовірну фізику перебування в ній. Людина виявиться в більш «нормальної» середовищі, оскільки сила тяжіння буде нижче, і більше її відчути не вдасться.
Деякі фізики передбачили, що колианалогова чорна діра утворює внутрішній горизонт, що випускається нею випромінювання стає сильнішою. Цікаво, що саме це і сталося в аналогової чорній дірі, створеної дослідниками Техніона. Таким чином, це дослідження може надихнути інших фізиків на вивчення впливу освіти внутрішнього горизонту на інтенсивність випромінювання Хокінга.
Читайте також
Створено першу точна карта світу. Що не так з усіма іншими?
Вчені вперше зафіксували, як навколо зірок малої маси формуються планети
Відкрито ліки від старості, прибирати старіючі клітини