Черные дыры из стали и пустоты
|
Предложен совершенно новый способ проверить одно из ключевых свойств черных дыр — их квантовое испарение. Для этого вовсе не потребуется собирать рукотворную черную дыру: вместо нее сойдет и обычная радиоинженерная конструкция — волновод.
Современная астрофизика предсказывает, что черные дыры — астрофизические объекты со сверхсильной гравитацией — должны обладать многими замечательными свойствами. Одно из самых впечатляющих их свойств — медленное, фотон за фотоном, квантовое испарение черных дыр (излучение Хокинга).
Для выяснения того, насколько эти предсказания отвечают реальности, требуются экспериментальные проверки. По понятным причинам создать настоящую черную дыру в лаборатории пока невозможно, поэтому приходится, вооружившись телескопом, глядеть на темные объекты-кандидаты в черные дыры. Однако и тут возможно далеко не все: излучение Хокинга — процесс столь эфемерный, что узреть его в телескоп нереально.
Единственное спасение в этой ситуации — это поиск объектов другой (негравитационной) природы, которые, однако, ведут себя в чем-то похоже на настоящие черные дыры. Например, в бозе-конденсате удается получить так называемые «глухие дыры» — вихри, полностью поглощающие звуковые волны (читайте популярную заметку Космические катастрофы в лаборатории). Испускание отдельных квантов звука, фононов, будет аналогом излучения Хокинга в такой «глухой дыре». Проблема лишь в том, что чувствительности современной аппаратуры пока не хватает для регистрации отдельного фонона в бозе-конденсате.
Совершенно иное предложение прозвучало недавно в статье R. Schutzhold, W. G. Unruh, Physical Review Letters, 95, 031301 (15 July 2005). Авторам удалось найти аналог излучения Хокинга при распространении электромагнитной волны в волноводе — металлической полости определенной конструкции, повсеместно используемой в радиоинженерном деле.
Давно известно, что скорость и характер распространения электромагнитной волны в волноводе сильно зависит от его конструкции. Можно добиться даже того, чтобы «свет» распространялся в нем очень медленно, как бы продираясь через периодические металлические выступы конструкции.
Авторы работы проанализировали движение такой медленной волны и смогли представить его как движение той же волны в сильном гравитационном поле. Если теперь мы будем двигать волновод со скоростью волны, то нам будет казаться, что электромагнитная волна не может выйти из волновода — прямой аналог горизонта событий в черной дыре. Расчеты, проведенные авторами, показывают, что в этом случае также будет наблюдаться квантовый эффект, аналогичный излучению Хокинга, — медленное, фотон за фотоном, просачивание света наружу.
Можно, конечно, возразить, что аналогии — аналогиями, но черная дыра — это все же совсем иной объект, чем всякие там волноводы. Отчасти это верно. Однако сама суть излучения Хокинга — туннелирование (см. также Квантовый туннельный эффект) в классически запрещенную область — имеет общую квантовую природу и должна быть одинакова во всех экспериментах такого типа.
Авторы подчеркивают, что их методика экспериментально реализуема уже при сегодняшней технологии. Требования, предъявляемые к лазерному лучу, свет которого должен идти по волноводу, а также к конструкции самого волновода, выглядят реалистичными. Ожидается, что излучение Хокинга будет происходить в миллиметровом диапазоне электромагнитных волн, и мощность будет порядка 10–14 Ватт, что не представляет трудности для современной регистрирующей аппаратуры. Так что слово теперь за экспериментаторами.
Игорь Иванов
