Науковці перевірили теорію Хокінга про зникнення чорних дір

Фізики з Ізраїлю зімітували чорну діру в лабораторних умовах і перевірили теорію Стівена Хокінга, яка суперечить законам квантової механіки.

Про це повідомляє Новое Время з посиланням на Science News.

Як відомо, чорна діра – це область простору-часу, яка має величезну масу і надзвичайно сильну гравітацію, буквально поглинає все навколо, включно зі світлом. Попри це, рівно 45 років тому, англійський космолог Стівен Хокінг припустив, що чорні діри не тільки поглинають все навколо, але й випускають певні частинки.

Ці частинки назвали випромінюванням Гокінга, яке досі залишається предметом суперечок в науковому співтоваристві. Випромінювання Хокінга передбачає, що чорні діри постійно випускають частинки матерії, яку вони поглинають, а, отже, не вся матерія потрапляє в чорну діру.

Після повного зникнення чорної діри через її поступове випаровування, викликане випромінюванням Хокінга, «звільнені» частинки, з огляду на закон збереження енергії, повинні бути залишковою інформацією про матерію, яку поглинула чорна діра.

Але, згідно з Хокінгом, випромінювання чорних дір – це термальний ефект, який насправді не має нічого спільного зі збереженням інформації про поглинену матерію. За розрахунками фізика-теоретика, температура цього випромінювання безпосередньо залежить від маси чорної діри, що робить одні частинки поглиненої матерії, що випускаються, відмінними від частинок, які випускає інша чорна діра з аналогічною масою.

Іншими словами, це означає, що матерія, яка потрапляє в чорну діру, зникає назавжди, не залишаючи після себе ніякої інформації, навіть після повного випаровування цієї чорної діри.

Описане явище назвали парадоксом зникнення інформації Хокінга. Цей парадокс суперечить основним принципам квантової механіки і ставить під загрозу головне завдання сучасної фізики – об'єднання властивостей квантової механіки із загальної теорії відносності в так звану «Теорію всього».

Спростувати або довести суперечливе припущення Стівена Хокінга можна за рахунок вимірювання випромінювання чорної діри. На жаль, сучасні технології не дозволяють провести такий експеримент з реальною чорною дірою, тому вчені змушені досліджувати мініатюрні аналоги чорних дір в лабораторних умовах.

Звукові чорні діри

Як пише видання Science News, у 2014-му фізики змогли створити штучну чорну діру, яка повністю поглинає не світло, а звукові хвилі. Це стало можливим завдяки створенню конденсату Бозе-Ейнштейна – сильно охолодженого стану речовини, в якому починають проявлятися квантові ефекти.

Вчені використовували охолоджені атоми заліза, які поглинали звукові хвилі так само, як гравітація чорної діри поглинає світло. У такій установці дослідники помітили сліди випромінювання Хокінга у вигляді фононів, що випускаються, – частинок коливань звуку, – але не змогли виміряти їх температуру.

Згідно з новим експерименту команди Ізраїльського технологічного інституту, результати якого опублікували днями в журналі Nature, звукова чорна діра випромінювала фонони температурою в 0,35 мільярдних часток Кельвіна, що підтверджує термальний ефект випромінювання Хокінга і його парадокс зникнення інформації в чорних дірах.

«Це надзвичайно важливий крок, новий для всієї сфери. Ніхто раніше такого не робив», – коментує дослідження фізик Ульф Леонхардт з Наукового інституту Вейцмана в Ізраїлі.

Проте, революційні результати нового експерименту не можна назвати практичним доказом теорії Хокінга, оскільки звукові чорні діри не мають відношення до гравітації, і їх не можна повністю екстраполювати на справжні чорні діри, які можуть поглинати навіть світло.

«Ми знайшли дуже гарне узгодження з передбаченнями теорії Хокінга… Але, рішення інформаційного парадоксу полягає у фізиці реальної чорної діри, а не в фізиці аналогової чорної діри», – пояснює автор роботи Джефф Штайнгауер з Ізраїльського технологічного інституту.

Таким чином, вченим доведеться шукати нові варіанти відповідей на запитання, які Стівен Хокінг поставив ще в 1974 році. Ну або чекати поки умовний пілот NASA Купер з фільму Інтерстеллар не полетить на найближчу чорну діру і не перевірить все самостійно.

ЧИТАЙТЕ ТАКОЖ: 13 пласких питань про космос