Новое исследование объясняет природу излучения Хокинга через лабораторные модели чёрных дыр
Аналоговая гравитация позволила получить новые представления о механизме излучения Хокинга, испускаемого чёрными дырами. Согласно теоретическим предсказаниям Стивена Хокинга, чёрные дыры не только поглощают материю, но и излучают крайне слабое излучение. Однако это явление до сих пор не наблюдалось напрямую в космосе, поэтому его изучение проводится с помощью лабораторных моделей, имитирующих поведение горизонта событий.
Несмотря на широкую известность эффекта излучения Хокинга в астрофизике, механизм его возникновения в гравитационном контексте оставался недостаточно изученным. Теперь международная группа исследователей из Университета Падерборна, Института Вейцмана в Израиле и Cinvestav в Мексике предложила новое объяснение, основанное на использовании гравитационных аналогов в лабораторных условиях.
Учёные теоретически смоделировали процесс генерации излучения Хокинга в нелинейной оптической среде и выявили более простой и прямой механизм его возникновения. Одновременно в эксперименте с оптоволоконной системой, моделирующей горизонт событий, удалось зафиксировать, что излучение влияет на саму систему, демонстрируя эффект обратной связи.
Результаты исследования показывают, что излучение Хокинга не является пассивным процессом, а активно взаимодействует с системой, в которой оно возникает. Это принципиально важно для понимания того, могут ли подобные системы находиться в равновесии или постепенно терять энергию и массу. Наблюдение такого эффекта в лабораторных условиях позволяет исследовать процессы, которые в реальной Вселенной практически недоступны для прямого изучения из-за экстремальных масштабов.
Ранее теоретические модели описывали излучение Хокинга как сложный каскад квантово-механических процессов. Однако новое исследование показало, что возможен более простой и прямой механизм генерации излучения, что существенно упрощает теоретическое описание и расчёты.
По словам исследователей, это открытие может помочь в дальнейшем понимании того, как возникает излучение Хокинга в гравитационных системах и каким образом чёрные дыры теряют свою массу. Особое значение имеет то, что в лабораторной модели удалось зафиксировать обратное воздействие излучения на систему, что ранее было крайне трудно наблюдать.
Исследователи подчёркивают, что возможность изучать такие процессы в контролируемых условиях открывает новые перспективы для понимания природы квантовой гравитации. Хотя сами чёрные дыры остаются недоступными для прямых экспериментов, аналоговые системы позволяют получать данные о фундаментальных физических процессах.
Исследование в журнале Nature.