Физики создают чёрную дыру для звука

Астрофизические чёрные дыры образуются, когда материя становится настолько плотной, что она сокращается до точки под названием сингулярность. Гравитация чёрной дыры настолько мощная, что ничто – даже свет – не способно ускользнуть из границ вокруг неё, под названием горизонт событий.

Но физики также занимаются разработкой чёрных дыр для звука. Они делают это, заставляя материю двигаться быстрее, чем скорость звука в данной среде, таким образом, звуковые волны, движущиеся внутри неё, не могут поддерживаться, подобно рыбе в стремительном потоке. Звук по сути оказывается в ловушке внутри потокоподобного горизонта событий.

Квантовое состояние

Материалы, на которых сосредоточены физики, называются конденсаты Бозе-Эйнштейна (BEC), квантовое состояние вещества, при котором группа атомов ведёт себя как один атом.

Физики ранее создавали акустические чёрные дыры в процессе работы с конденсатами, утверждает Эрик Корнелл из Университета Колорадо в Боулдере, кто разделил Нобелевскую премию в 2001 за разработку конденсатов Бозе-Эйнштейна.

Но по его словам новое исследование Джеффа Штайнхауэра и его коллег из Израильского технологического института Технион в Хайфе – это первый задокументированный эксперимент, непосредственно нацеленный на получение излучения Хокинга в BEC.

Сверхзвуковой поток

Учёные охладили около 100,000 заряженных атомов рубидия до нескольких миллиардных градуса над абсолютным нулём и заключили их внутри магнитного поля. С помощью лазера исследователи создали источник электрического потенциала, который притягивал атомы и заставляли их перемещаться намного быстрее скорости звука в веществе.

Эта установка создала сверхзвуковой поток, который длился около 8 миллисекунд, мимолётно формируя акустическую чёрную дыру, способную захватывать звук.

Данное исследование может помочь учёным впервые определить излучение Хокинга.

(Фото:  O. Lahav et al.) 

Квантовая механика утверждает, что пары частиц могут спонтанно появляться из пустого пространства. Эти пары, состоящие из частицы и её античастицы, должны существовать мгновение, после чего они уничтожают друг друга и исчезают. 

Однако в 1970-х Хокинг предположил, что если пара создавалась вблизи границы чёрной дыры, одна частица могла втянуться до того, как была уничтожена, оставив своего партнёра за пределами горизонта событий. Для наблюдателей эта частица представится в виде излучения. В акустических чёрных дырах излучение Хокинга примет форму квазичастиц колебательной энергии – фононов.