Используя построение цепочки атомов в один ряд для моделирования горизонта событий черной дыры, команда физиков в 2022 году наблюдала эквивалент того, что мы называем излучением Хокинга — частицы, рождающиеся в результате возмущений квантовых флуктуаций, вызванных разрывом пространства-времени черной дырой, пишет sciencealert.

Это, по мнению ученых, могло бы помочь разрешить напряженность между двумя в настоящее время непримиримыми системами описания Вселенной: общей теорией относительности, которая описывает поведение гравитации как непрерывного поля, известного как пространство-время; и квантовой механикой, которая описывает поведение дискретных частиц с использованием математики вероятности.

Для создания единой теории квантовой гравитации, которая могла бы применяться повсеместно, этим двум несмешивающимся теориям необходимо найти способ каким-то образом ужиться.

Именно здесь на первый план выходят черные дыры — возможно, самые странные, экстремальные объекты во Вселенной. Эти массивные объекты настолько невероятно плотны, что на определенном расстоянии от центра масс черной дыры никакая скорость во Вселенной не достаточна для того, чтобы улететь. Даже скорость света.

Это расстояние, изменяющееся в зависимости от массы черной дыры, называется горизонтом событий. Как только объект пересекает свою границу, мы можем только представить, что там происходит, поскольку ничто не возвращается обратно с жизненно важной информацией о его судьбе. Но в 1974 году Стивен Хокинг предположил, что прерывания квантовых флуктуаций, вызванные горизонтом событий, приводят к типу излучения, очень похожему на тепловое излучение.

Если это излучение Хокинга и существует, то оно пока слишком слабое, чтобы мы могли его обнаружить. Возможно, мы никогда не вычленим это из шипящих помех Вселенной. Но мы можем исследовать его свойства, создав аналоги черных дыр в лабораторных условиях.

Это делалось и раньше, но в ноябре 2022 года команда под руководством Лотте Мертенс из Амстердамского университета в Нидерландах попробовала нечто новое.

Одномерная цепочка атомов служила для электронов путем «перепрыгивания» из одного положения в другое. Настраивая легкость, с которой может происходить этот скачкообразный переход, физики могли бы привести к исчезновению определенных свойств, эффективно создавая своего рода горизонт событий, который вмешивался бы в волнообразную природу электронов.

По словам команды, эффект этого поддельного горизонта событий привел к повышению температуры, которое соответствовало теоретическим ожиданиям эквивалентной системы черных дыр, но только тогда, когда часть цепочки выходила за пределы горизонта событий.

Это может означать, что запутанность частиц, расположенных вдоль горизонта событий, играет важную роль в генерации излучения Хокинга.

Имитируемое излучение Хокинга было тепловым только для определенного диапазона амплитуд скачка, и при моделировании, которое начиналось с имитации своего рода пространства-времени, считающегося «плоским». Это говорит о том, что излучение Хокинга может быть тепловым только в ряде ситуаций и при изменении искривления пространства-времени из-за силы тяжести.

Неясно, что это означает для квантовой гравитации, но модель предлагает способ изучить возникновение излучения Хокинга в среде, на которую не влияет дикая динамика образования черной дыры. И, поскольку это настолько просто, по словам исследователей, его можно использовать в широком спектре экспериментальных установок.

«Это может открыть возможности для изучения фундаментальных квантово-механических аспектов наряду с гравитацией и искривленным пространством-временем в различных условиях конденсированного состояния», — пишут исследователи.

Исследование было опубликовано в журнале Physical Review Research.