Черная дыра поймала звук

Создана «звуковая черная дыра»

Физикам удалось в лабораторных условиях создать «черную дыру» для звука — объект, поглощающий все звуковые волны. Эта короткоживущая модель (время жизни около 20 мс) открывает перспективы для изучения настоящих черных дыр, в частности, наблюдения теоретически предсказанного излучения Хокинга, которое прогнозирует испарение черных дыр при уменьшении их размера.

врез №
skin: article/incut(default)
data:

{
    "_essence": "test",
    "id": "3424112.",
    "incutNum": 1,
    "repl": "<1>:{{incut1()}}",
    "uid": "_uid_3487138_i_1"
}

Черные дыры, которыми пугали обывателей противники запуска Большого адронного коллайдера, — это части космического пространства, гравитационное притяжение которых настолько велико, что покинуть их не могут даже объекты, движущиеся со скоростью света (в том числе и кванты самого света). Таким образом, черные дыры (которые, конечно, не образуются при работе коллайдера) способны полностью поглощать свет с любой длиной волны. Ученым из Технологического института в Хайфе (Израиль)

удалось создать звуковой аналог черной дыры — объект, который полностью поглощает все звуковые волны.

Их работу публикует журнал Physical Review Letters.

врез №
skin: article/incut(default)
data:

{
    "_essence": "test",
    "id": "3469125",
    "incutNum": 2,
    "repl": "<2>:{{incut2()}}",
    "uid": "_uid_3487138_i_2"
}

Создатели «звуковой черной дыры» (которая, к слову, является очень короткоживущей) полагают, что их модель позволит изучить ряд свойств настоящих черных дыр. В частности, возможно, удастся наблюдать и изучить так называемое излучение Хокинга — особый поток частиц, который якобы излучают обычные черные дыры. Согласно сделанному в 1974 году Стивеном Хокингом теоретическому предположению, черная дыра способна частично «испаряться», излучая частицы (преимущественно фотоны) благодаря квантовым эффектам туннелирования (в классических моделях, не учитывающих квантовых эффектов, черная дыра рассматривается как объект, который только поглощает материю).

Ранее смоделировать излучение Хокинга пытались итальянские ученые из Милана. Франко Бельджорно и его коллеги смогли получить излучение Хокинга, обстреливая мощными импульсами лазерного излучения так называемый нелинейно-оптический материал. Физики утверждают, что наблюдали излучение с длиной волны 850 нм, хотя исходное лазерное излучение имело длину волны 1055 нм. Если им действительно удалось исключить все помехи, то

врез №
skin: article/incut(default)
data:

{
    "_essence": "test",
    "id": "3426549",
    "incutNum": 3,
    "repl": "<3>:{{incut3()}}",
    "uid": "_uid_3487138_i_3"
}

наблюдаемая картина соответствовала «белой дыре» — гипотетическому абсолютно излучающему объекту,

которую они использовали как модель для изучения излучения Хокинга.

Израильские ученые под руководством Орена Лахава подошли к этой проблеме с другой стороны. Они создали звуковую черную дыру на основе бозе-эйнштейновского конденсата (о его важности для моделирования квантовых явлений уже писала «Газета», создание «квантового симулятора» было названо в числе открытий года авторитетным журналом Science). Конденсат составлен из 100 тыс. атомов рубидия, охлажденных до самого низкого квантового состояния в магнитной ловушке. Полученный «холодный» (то есть очень замедленный) кластер атомов работает как единый довольно крупный квантово-механический объект. Чтобы сделать из этого конденсата черную дыру, ученым нужно было частично «разогнать» его до сверхзвуковой скорости так, чтобы он содержал и сверхзвуковые, и дозвуковые области.

Физики достигли этого, облучая его лазером, создающим ступенчатый потенциал (энергетическую «коробку» с более высокими «стенками» и глубокими «ячейками»).

врез №
skin: article/incut(default)
data:

{
    "_essence": "test",
    "id": "3436100",
    "incutNum": 4,
    "repl": "<4>:{{incut4()}}",
    "uid": "_uid_3487138_i_4"
}

При пересечении «ступеньки» потенциала конденсат «разгонялся» до сверхзвуковых скоростей (ученым удалось показать превышение скорости звука на порядок величины).

Таким образом, «ступенька», разделяющая сверхзвуковые и дозвуковые области, моделировала горизонт событий черной дыры, на котором скорость потока точно равна скорости звука. Плотность конденсата со «сверхзвуковой стороны» гораздо ниже, чем с «дозвуковой стороны». Стабилизировать эту систему удалось на время до 20 мс. Эта система поглощала частицы подобно тому, как черная дыра поглощает фотоны. Физики предполагают, что феномен излучения Хокинга должен работать и в этой модели, поэтому его наблюдение планируется на следующих этапах их работы. Возможность таких экспериментов уже проверена соответствующими теоретическими расчетами.