Эксперимент, делающий атомы невидимыми, проверит самую известную теорию Хокинга

Новый эксперимент может, наконец, предложить косвенную проверку самого известного предсказания физика Стивена Хокинга о черных дырах. Новое открытие предполагает, что, сделав атом невидимым, ученые смогут мельком увидеть квантовое свечение, окутывающее объекты, движущиеся со скоростью, близкой к скорости света. Научная статья вышла в Physical Review Letters, об исследовании сообщает Live Science.

Физики предлагают использовать эффект Унру. Он приводит к тому, что пространство вокруг быстро ускоряющихся объектов кажется заполненным роем призрачных частиц, окутывающих эти объекты теплым сиянием. Поскольку он тесно связан с эффектом Хокинга, при котором частицы должны спонтанно появляться на краях черных дыр, ученые давно стремятся обнаружить один из них, чтобы получить намек на существование другого.

Но заметить любой из этих эффектов невероятно сложно. Излучение Хокинга возникает только вокруг ужасающей пропасти черной дыры, а для достижения ускорения, необходимого для эффекта Унру потребуется нереальный пока двигатель.

Новая революционная идея может все изменить. Ее авторы говорят, что они обнаружили механизм, позволяющий резко увеличить силу эффекта Унру с помощью превращения материи в невидимую.

«Теперь, по крайней мере, мы знаем, что при нашей жизни есть шанс наблюдать этот эффект», — сказал Вивишек Судхир, доцент кафедры машиностроения Массачусетского технологического института (США), один из авторов исследования.

Стивен Хокинг предсказал, что экстремальная гравитация, ощущаемая на краях черных дыр — то есть у горизонта событий — будет создавать частицы. Гравитация, согласно общей теории относительности Эйнштейна, искажает пространство-время. Из-за странностей квантовой механики колоссальная сила черной дыры создает неравномерные полосы по-разному движущегося времени и всплески энергии. Именно это должно заставлять виртуальные частицы появляться казалось бы из ничего на краях черных дыр.

«Считается, что черные дыры не совсем черные. Как обнаружил Стивен Хокинг, черные дыры должны испускать излучение», — говорит ведущий автор статьи Барбара Шода из Университета Ватерлоо (Канада).

Подобно эффекту Хокинга, эффект Унру также должен создавать частицы. Но в данном случае они происходят от околосветовых скоростей. Но скорости, необходимые для получения этого эффекта, намного превышают возможности любого существующего ускорителя частиц. Чтобы произвести свечение, достаточно горячее, чтобы его могли обнаружить современные детекторы, атом должен был бы разогнаться до скорости света менее чем за миллионную долю секунды.

«С помощью обычного для нас ускорения пришлось бы ждать огромное количество времени — больше, чем возраст Вселенной», — сказал Судхир.

Исследователи предложили альтернативу. Атом, вынужденный двигаться в вакууме под воздействием света высокоинтенсивного лазера, теоретически может вызвать эффект Унру даже при довольно малых ускорениях. Проблема, однако, заключается в том, что атом может взаимодействовать со светом самого лазера, поглощая его, повышая уровень энергии, и, как следствие — выделяя тепло, которое заглушит тепло от эффекта Унру.

Но ученые нашли еще один обходной путь. Они назвали новый метод «прозрачностью, вызванной ускорением». Если атом будет вынужден следовать очень специфическим путем через поле фотонов, он не сможет «видеть» фотоны определенной частоты, что делает их прозрачными, невидимыми для него.

Воплотить этот план в жизнь будет непростой задачей. Ученые планируют построить лабораторный ускоритель частиц, который будет разгонять электрон до скорости света, облучая его микроволновым лазером. Если удастся обнаружить эффект, они планируют провести с ним эксперименты. Особенно важны те, что позволят исследовать связи между теорией относительности Эйнштейна и квантовой механикой.

«Общая теория относительности и теория квантовой механики в настоящее время все еще несколько расходятся, но должна быть объединяющая теория, описывающая, как все работает во Вселенной», — соавтор Ахим Кемпф, профессор прикладной математики в Университете Ватерлоо.

Прическа для черных дыр: физики разгадали знаменитый парадокс черных дыр Стивена Хокинга

Новая теория предлагает необычный взгляд на рождение и смерть черных дыр