Gauti laboratoriniai žymiausios Stepheno Hawkingo prognozės apie juodąsias skyles patvirtinimai

Remiantis Bendrąja reliatyvumo teorija, iš JS pasprukti neįmanoma. Kirtus įvykių horizontą, kelio atgal nebėra. JS gravitacija tokia stipri, kad netgi šviesa – greičiausias įmanomas dalykas Visatoje – negali pasiekti juodosios skylės antrojo kosminio greičio.

Todėl, pagal BRT, juodosios skylės elektromagnetinių bangų nespinduliuoja. Bet 1974 metais jaunas Stephenas Hawkingas, pasitelkęs kvantinę mechaniką, parodė, kad juodosios skylės iš tiesų kai ką spinduliuoja.

Šis teorinis elektromagnetinis spinduliavimas vadinamas Hawkingo spinduliavimu; jis panašus į juodo kūno spinduliavimą, kuriamą juodosios skylės temperatūros, kuri atvirkščiai proporcinga jos masei.

Tokios radiacijos egzistavimas reiškia, kad JS itin lėtai nenutrūkstamai garuoja, bet matematiniai skaičiavimai rodo, kad šis spinduliavimas pernelyg silpnas, kad turimais instrumentais galėtume jį aptikti.

Todėl stengiamasi jį atkurti laboratorijose, pasitelkiant juodųjų skylių analogus. Juos galima sukurti iš bangas skleidžiančių objektų, tokių, kaip skystis ir garso bangos specialioje talpoje, iš Bozė-Einsteino kondensatų, ar iš optiniu pluoštu sklindančių bangų.

„Hawkingo spinduliavimas yra daug bendresnis reiškinys, nei manyta iš pradžių, – „Physics World“ paaiškino fizikas Ulfas Leonhardtas. – Tai gali nutikti bet kada, kai sukuriamas įvykių horizontas, ir tai tinka tiek astrofizikai, tiek šviesai optinėse medžiagose,vandens bangoms ar ultrašaltiems atomams.“

© Reuters / Scanpix

Tokie horizontai juodosios skylės gravitacijos efektų, aišku, neatkuria (kas mūsų egzistavimui labai palanku), bet reiškinius aprašanti matematika yra analogiška juodąsias skyles BRT aprašančiai.

Šį kartą komanda pasirinko prieš kelis metus Leonhardto sukurtos optinio pluošto sistemos metodą.

Optinių gijų viduje yra mikrostruktūra, ir veikia kaip perdavimo kanalas. Įskriedama į giją, šviesa vos vos sulėtėja. Įvykių horizonto analogas sukuriamas, įleidžiant du skirtingų spalvų ultratrumpus lazerio šviesos impulsus. Pirmasis sąveikauja su antruoju, ir susidaro įvykių horizonto efektas, kurį galima stebėti kaip optinio pluošto gijos lūžio indekso pokytį.

Tada komanda šioje sistemoje panaudojo papildomą šviesą, dėl ko padidėjo neigiamo dažnio spinduliavimas. Kitaip tariant „neigiama“ šviesa siurbė energiją iš „įvykių horizonto“, o tai rodo stimuliuotą Hawkingo radiaciją.

Nors atradimas neabejotinai šaunus, galutinis tokio tyrimo tikslas yra spontaninio Hawkingo spinduliavimo stebėjimas.

Stimuliuota emisija būtent tai ir yra – emisija, kuriai reikia išorinio elektromagnetinio stimulo. Tuo tarpu juodųjų skylių skleidžiama Hawkingo radiacija yra spontaniška, ne stimuliuota.

Tai nėra vienintelė stimuliuoto Hawkingo spinduliavimo eksperimentų problema; konkrečiai, jie retai būna vienareikšmiai, nes neįmanoma laboratorijoje tiksliai atkurti sąlygų apie įvykių horizontą.
Tarkime, šiame eksperimente sunku būtų 100 procentų užtikrinti, kad stebėta emisija nebuvo sukurta iš įprasto spinduliavimo sustiprinimo, nors Leonhardtas su komanda neabejoja, kad jų eksperimentas iš tiesų sukūrė Hawkingo spinduliavimą.

Kaip bebūtų, tai yra įspūdingas pasiekimas ir komandai pateikė dar vieną paslaptį – paaiškėjo, kad rezultatas buvo ne visai toks, kokio jie tikėjosi.

„Remiantis mūsų skaičiavimais, Hawkingo šviesa turėjo būt gerokai stipresnė, nei užfiksavome“, – „Physics World" sakė Leonhardtas. – Planuojame tirti tai toliau. Bet esame pasirengę sulaukti netikėtumų ir toliau liksime griežčiausiais savo paties kritikais.“

Tyrimas buvo publikuotas Physical Review Letters žurnale.

Michelle Starr

www.sciencealert.com