Всё началось с нити. Тончайшей стеклянной пряди. А в результате появился свет черной дыры, который действительно оказывает сопротивление.
На протяжении десятилетий знаменитое предсказание Стивена Хокинга оставалось именно тем — предсказанием. Нам не удавалось зафиксировать утечку его излучения из реальных космических монстров. Свет слишком слаб, а расстояния — слишком велики. Поэтому группа физиков пошла на хитрость. Они получили этот эффект в оптическом кристаллическом волокне прямо на лабораторном столе. И впервые наблюдали, как свет реагирует на свой источник.
«Якоб Бекенштейн предсказал, что черные дыры имеют температуру. Хокинг рассчитал излучение. Это объединяет квантовую физику и общую теорию относительности».
— Ульф Лёнхардт, Институт Вейцмана
Излучение Хокинга существует на стыке великих теорий, которые находятся в конфликте. Общая теория относительности предпочитает гладкое, непрерывное пространство-время. Квантовая механика настаивает на прерывистых, дискретных скачках. Они «не терпят» друг друга. Никому до сих пор не удалось полностью примирить их.
Именно из-за этого конфликта излучение так трудно уловить. Астрономы его не находят. И никогда не найдут. Оно слишком слабо, чтобы его можно было отделить от космического шума. Поэтому мы создаем аналогии. Используются потоки воды, ультрахолодные атомы. И теперь — свет.
Цель остается прежней. Воспроизвести математику. Создать горизонт событий.
Как остановить свет? Нужно заставить среду двигаться быстрее самого света.
Лёнхардт описывает это как пловца, борющегося с течением. Течение побеждает. Пловца уносит за точку невозврата. Это и есть горизонт событий. В космосе само пространство-время падает внутрь быстрее скорости света ($c$). В лаборатории свет создает эту движущуюся среду.
Нелинейная оптика заставляет свет вести себя как материальное вещество. Исследователи послали в волокно мощный накачивающий импульс. Волокно имело структуру фотоонного кристалла: оно было пронизано воздушными каналами для настройки скорости распространения света.
Накачивающий импульс создал «горб» в стекле. Движущийся барьер. Он мчался вперед с эффективной скоростью света.
Затем за ним гнался более слабый пробный импульс. Пробный импульс ударился о барьер. Он не мог угнаться за ним.
Искусственный горизонт событий сформировался.
Согласно теории Хокинга, частицы рождаются парами. Одна часть улетает, другая падает внутрь. В реальных черных дырах внутренняя пара обладает «отрицательной энергией», которая высасывает массу.
В волокне партнер проявил себя в ультрафиолетовом спектре.
«Мы подсчитали фотоны… примерно на длине волны 233 нанометра. Это был сигнал».
— Лёнхардт
Вот в чем неожиданность. Большинство предполагало каскадный процесс. Постепенные преобразования. Одна форма переходит в другую, пока не появится излучение. Мутно. Непрямо.
Команда обнаружила, что процесс происходит одним чистым выстрелом. Прямое взаимодействие. Накачка встречается с пробным импульсом. Появляется пара Хокинга. Мгновенно. Просто.
Еще более простым оказалось обратное воздействие.
Создание энергии чего-то стоит. Источник должен отскочить назад. Реальные черные дыры испаряются за эпохи, теряя массу по крупицам. Лабораторные черные дыры должны терять крошечную часть цвета света.
И это произошло. Накачивающий импульс сместился. Всего на малую долю. Асимметричная спектральная картина. Отпечаток пальца.
Ранние эксперименты это пропустили. Этот — нет.
Почему это важно, помимо того, что это крутой трюк?
Это решает проблему транс-планковских масштабов.
Отследите излучение Хокинга к моменту его рождения. Математика требует волн, меньших, чем длина Планка. Именно там пространство и время перестают иметь смысл. Там, где известная физика умирает. Если основа не существует, почему предсказание должно оставаться верным?
«Любой вырвавшийся свет растягивается огромным образом», — отметил Лёнхардт. «Он исходит из масштабов, где физика неизвестна».
Эксперимент развеял сомнения.
Свечение оставалось идеально тепловым. Даже из пустоты суб-планковского масштаба.
Что дальше? Лазер, используемый сегодня, является классическим. Он имитирует спектр. Но не квантовую странность.
В следующий раз они планируют перейти на полномасштабный квантовый подход. В поисках запутанности. Призрачной связи между улетевшим фотоном и его потерянным партнером внутри горизонта.
Это окончательно подтвердило бы теорию.
Или нет?
