1974 m. Stephenas Hawkingas padarė vieną garsiausių savo prognozių: kad juodosios skylės galutinai išgaruoja.
Remiantis Hawkingo teorija, juodosios skylės nėra tobulai „juodos“, o iš tikrųjų išmeta daleles. Ši spinduliuotė, tikino Hawkingas, galų gale galėtų praleisti pakankamai energijos ir masės nuo juodųjų skylių, kad jos išnyktų. Manoma, kad teorija yra tiesa, tačiau kažkada buvo manoma, kad jos neįmanoma įrodyti.
Tačiau pirmą kartą fizikai parodė šią nemandagią Hawkingo radiaciją - bent jau laboratorijoje. Nors Hawkingo spinduliuotė yra per silpna, kad ją galėtų aptikti mūsų dabartiniai prietaisai kosmose, fizikai dabar matė šią spinduliuotę juodosios skylės analoge, sukurtoje naudojant garso bangas ir kai kurias šalčiausias, keisčiausias visatos medžiagas.
Dalelių poros
Juodosios skylės veikia tokią neįtikėtinai didelę gravitacinę jėgą, kurios net fotonas, kuris juda šviesos greičiu, negalėjo ištrūkti. Nors kosmoso vakuumas paprastai laikomas tuščiu, kvantinės mechanikos neapibrėžtumas lemia, kad vakuumas vietoj to yra virtualaus dydžio dalelėmis, kurios sklinda iš egzistencijos materijos ir antimaterijos porose. (Antimaterio dalelių masė yra tokia pati kaip jų medžiagų ekvivalentų, bet priešingas elektros krūviui.)
Paprastai po to, kai atsiranda virtualių dalelių pora, jos iškart sunaikina viena kitą. Tačiau šalia juodosios skylės ekstremaliosios gravitacijos jėgos daleles atitraukia, o viena dalelė absorbuojama juodosios skylės, kai kitos šauna į kosmosą. Sugerta dalelė turi neigiamą energiją, dėl kurios sumažėja juodosios skylės energija ir masė. Nurijus pakankamai šių virtualių dalelių, juodoji skylė ilgainiui išgaruoja. Pabėganti dalelė tampa žinoma kaip Hawkingo radiacija.
Ši radiacija yra pakankamai silpna, kad šiuo metu jos neįmanoma pastebėti kosmose, tačiau fizikai sugalvojo labai kūrybingų būdų, kaip ją išmatuoti laboratorijoje.
Krioklio įvykių horizontas
Fizikas Jeffas Steinhaueris ir jo kolegos Haifos „Technion“ - Izraelio technologijos institute - panaudojo ypač šaltą dujas, vadinamą „Bose-Einšteino kondensatu“, kad būtų galima modeliuoti juodosios skylės įvykio horizontą, nematomą ribą, už kurios nieko negalima išeiti. Į tekančią šių dujų srovę jie pastatė uolą, sukurdami dujų „krioklį“; kai dujos tekėjo virš krioklio, ji pakankamai potencialios energijos pavertė kinetine energija, kad tekėtų greičiau nei garso greitis.
Vietoj materijos ir antimedžiagos dalelių tyrėjai dujų sraute panaudojo fononų poras arba kvantines garso bangas. Lėtai esantis fononas galėtų judėti prieš dujų srautą toliau nuo krioklio, tuo tarpu greitojo fonono fononas negalėjo, įstrigęs viršgarsinių dujų „juodosios skylės“.
„Tai panašu į tai, jei bandytumėte plaukti prieš srovę, kuri eina greičiau, nei galėtumėte plaukti“, - „Steinhauer“ pasakojo „Live Science“. "Jūs pajustumėte, kaip einate į priekį, bet iš tikrųjų grįžote atgal. Ir tai yra analogiška fotonui juodoje skylėje, bandančioje išbristi iš juodosios skylės, bet gravitacijos traukiama netinkamu keliu."
Hawkingas numatė, kad skleidžiamų dalelių spinduliuotė bus ištisiniame bangų ilgių ir energijos spektre. Jis taip pat sakė, kad ją galima apibūdinti vienintele temperatūra, kuri priklausė tik nuo juodosios skylės masės. Neseniai atliktas eksperimentas patvirtino abi šias prognozes garsinėje juodojoje skylėje.
„Šie eksperimentai yra kelionių jėga“, - „Live Science“ pasakojo Paryžiaus-Sud universiteto „Laboratoire de Physique Théorique“ teorijos fizikas Renaudas Parentani. Parentani taip pat tiria analogines juodąsias skylutes, tačiau teoriniu požiūriu; jis nedalyvavo naujame tyrime. "Tai labai tikslus eksperimentas. Iš eksperimentinės pusės Jeffas iš tikrųjų šiuo metu yra pasaulyje pirmaujantis šaltųjų atomų naudojimo ekspertas juodųjų skylių fizikai tirti."
Tačiau „Parentani“ pabrėžė, kad šis tyrimas yra „vienas žingsnis ilgo proceso link“. Visų pirma, šis tyrimas neįrodė fononų porų koreliacijos kvantiniame lygyje, o tai yra dar vienas svarbus Hawkingo prognozių aspektas.
„Istorija tęsis“, - sakė Parentani. "Tai dar ne pabaiga".
