Все почалося з нитки. Найтоншої скляної пасма. А в результаті з’явилося світло чорної дірки, яке справді чинить опір.
Протягом десятиліть знамените пророцтво Стівена Хокінга залишалося саме тим — передбаченням. Нам не вдавалося зафіксувати виток його випромінювання з реальних космічних монстрів. Світло занадто слабке, а відстані — занадто великі. Тому група фізиків пішла на хитрість. Вони отримали цей ефект в оптичному кристалічному волокні на лабораторному столі. І вперше спостерігали, як світло реагує на джерело.
«Якоб Бекенштейн передбачив, що чорні дірки мають температуру. Хокінг розрахував випромінювання. Це поєднує квантову фізику та загальну теорію відносності».
– Ульф Ленхардт, Інститут Вейцмана
Випромінювання Хокінга існує на стику великих теорій, які перебувають у конфлікті. Загальна теорія відносності віддає перевагу гладкому, безперервному простору-часу. Квантова механіка наполягає на уривчастих, дискретних стрибках. Вони «не терплять» одне одного. Нікому досі не вдалося повністю примирити їх.
Саме через цей конфлікт випромінювання так важко вловити. Астрономи його знаходять. І ніколи не знайдуть. Воно дуже слабке, щоб його можна було відокремити від космічного шуму. Тому ми створюємо аналогії. Використовуються потоки води, ультрахолодні атоми. І тепер світло.
Мета залишається незмінною. Відтворити математику. Створити обрій подій.
Як зупинити світло? Потрібно змусити середовище рухатися швидше за світло.
Ленхардт описує це як плавця, що бореться з течією. Течія перемагає. Плавця забирає за точку неповернення. Це і є обрій подій. У космосі сам простір-час падає всередину швидше за швидкість світла ($c$). У лабораторії світло створює це середовище, що рухається.
Нелінійна оптика змушує світло поводитися як матеріальна речовина. Дослідники послали в волокно потужний імпульс, що накачує. Волокно мало структуру фотоонного кристала: воно було пронизане повітряними каналами налаштування швидкості поширення світла.
Накачуючий імпульс створив «горб» у склі. Рухомий бар’єр. Він мчав уперед із ефективною швидкістю світла.
Потім за ним гнався слабший пробний імпульс. Пробний імпульс ударився об бар’єр. Він не міг наздогнати його.
Штучний обрій подій сформувався.
Відповідно до теорії Хокінга, частки народжуються парами. Одна частина летить, інша падає усередину. У реальних чорних дірах внутрішня пара має «негативну енергію», яка висмоктує масу.
У волокні партнер виявив себе в ультрафіолетовому спектрі.
«Ми підрахували фотони… приблизно на довжині хвилі 233 нанометри. То був сигнал».
– Ленхардт
Ось у чому несподіванка. Більшість передбачала каскадний процес. Поступові перетворення. Одна форма перетворюється на іншу, доки з’явиться випромінювання. Мутно. Непрямо.
Команда виявила, що процес відбувається одним чистим пострілом. Пряма взаємодія. Накачування зустрічається з пробним імпульсом. З’являється пара Хокінга. Миттєво. Просто.
Ще більш простим виявився зворотний вплив.
Створення енергії чогось варте. Джерело має відскочити назад. Реальні чорні дірки випаровуються за епохи, втрачаючи масу по крихтах. Лабораторні чорні дірки повинні втрачати крихітну частину кольору світла.
І це сталося. Накачуючий імпульс змістився. Усього на малу частку. Асиметрична спектральна картина. Відбиток пальця.
Ранні експерименти пропустили. Цей – ні.
Чому це важливо, окрім того, що це крутий трюк?
Це вирішує проблему транспланківських масштабів.
Відстежте випромінювання Хокінга до його народження. Математика вимагає хвиль, менших за довжину Планка. Саме там простір та час перестають мати сенс. Там де відома фізика вмирає. Якщо основи немає, чому передбачення має залишатися вірним?
«Будь-яке світло, що вирвалося, розтягується величезним чином», — зазначив Ленхардт. «Він виходить із масштабів, де фізика невідома».
Експеримент розвіяв сумніви.
Світіння залишалося ідеально тепловим. Навіть із порожнечі суб-планківського масштабу.
Що далі? Лазер, який використовується сьогодні, є класичним. Він імітує спектр. Але не квантову дивина.
Наступного разу вони планують перейти на повномасштабний квантовий підхід. У пошуках заплутаності. Примарного зв’язку між фотоном, що відлетів, і його втраченим партнером усередині горизонту.
Це остаточно підтвердило б теорію.
Чи ні?
