„ | Bob: Хорошая статья для нас дилетантов,спасибо... | “ |
Физик-экспериментатор Джефф Штайнхауэр из Техниона (Израиль) создал квантовый аналог черной дыры, наблюдал ее испарение (эффект Хокинга) и впервые обнаружил квантовую запутанность между парой частиц, одна из которых упала на модельный объект, а другая удалилась от него. Результаты исследований, встреченные коллегами ученого с большим энтузиазмом, опубликованы в журнале Nature Physics.
Черные дыры представляют собой массивные объекты, ограниченные так называемым горизонтом событий. Любое тело, достигшее черной дыры, согласно общей теории относительности, падает в гравитационный объект и не в состоянии его покинуть. Таким образом, масса черной дыры при классическом описании не может убывать. Ситуация меняется в квантовом случае, где гравитационный объект может испариться в результате эффекта, получившего название в честь его первооткрывателя Стивена Хокинга.
Явление сводится к образованию на горизонте событий пары виртуальных частиц. Частица с положительной энергией становится реальной и улетает от черной дыры, а другая, с отрицательной энергией, падает в нее и тем самым уменьшает ее массу. Явление, описанное в 1974 году британским ученым, предполагает существование теплового излучения. В статье ученого приводилось выражение для его температуры, которая оказалась чрезвычайно мала. Например, для черной дыры солнечной массы она имеет порядок одной миллионной кельвина. Отличить столь малую температуру от шума в астрономических наблюдениях современными методами невозможно.
В 1981 году канадский физик-теоретик Билл Унру предложил гидродинамическую аналогию черной дыры, которая и была реализована в экспериментах Штайнхауэра. Ситуация, аналогичная происходящему на горизонте событий реального гравитационного объекта, моделировалась при помощи сазера (акустического лазера), который создавал звуковые волны специального вида в бозе-эйнштейновском конденсате — состояние вещества из бозонов, находящихся при температуре, близкой к абсолютному нулю. В этой фазе квантовые эффекты, имеющие место на микроскопическом уровне, начинают проявляться на макроскопическом: приближенно все вещество конденсата ведет себя как одна макроскопическая квантовая частица.
Конденсат состоял из десятков тысяч атомов рубидия-87, сформированных в облако цилиндрической формы длиной несколько миллиметров. Температура такой среды — меньше одного кельвина, а скорость звука в ней — порядка полумиллиметра в секунду. Единственными возмущениями в системе являются квантовые флуктуации. Описание среды проводится гидродинамическими методами. Это допускает введение понятия фононов — квазичастиц (фиктивных частиц), описывающих звуковые колебания. Именно их виртуальное рождение вблизи аналога горизонта событий и квантовую запутанность удалось наблюдать Штайнхауэру.
Для этого в бозе-эйнштейновском конденсате была создана потенциальная яма. При ее прохождении частицы разгонялись до сверхзвуковых скоростей. Часть конденсата, частицы которого двигались со сверхзвуковой скоростью, представляли собой аналог черной дыры, а его область, где частицы перемещались точно со скоростью звука, — модельный горизонт событий. Именно на нем в результате квантовых флуктуаций происходило рождение пар фононов, квазичастицы из которых разлетались в противоположные стороны с дозвуковой и сверхзвуковой скоростями. Аналогичная ситуация должна наблюдаться и в случае с реальной черной дырой.
Штайнхауэру удалось измерить температуру такого излучения и установить корреляцию между разлетевшимися частицами. В квантовой механике запутанностью называется явление, при котором состояния частиц (например, спин или поляризация), разнесенных на расстояние друг от друга, не могут быть описаны взаимонезависимо. Корреляция проявляла себя как одинаковая плотность конденсата на противоположных, но равных расстояниях от модельного горизонта событий. Данный факт ученый фактически интерпретировал как первое экспериментальное доказательство существования квантовой запутанности между парами частиц, рожденными на горизонте событий черной дыры.
Последний эксперимент Штайнхауэра проводился 4,6 тысяч раз в течение шести суток. Все работы 50-летний ученый, выпускник Калифорнийского университета в Беркли (США), проводил в возглавляемой им лаборатории, где он с 2013 года является единственным сотрудником. Коллеги избегают сотрудничества с Штайнхауэром из-за его педантизма и высокой требовательности. Ранее ученый в 2009 году создал гидродинамический аналог черной дыры, а в 2014 году имитировал излучение Хокинга.
Штайнхауэр полагает, что его модель поможет разрешить парадокс исчезновения информации в черных дырах и укажет на пути объединения квантовой механики и общей теории относительности. Оптимизм экспериментатора разделяют не все теоретики. Например, Леонард Сасскинд из Стэнфордского университета (США), занимавшийся теорией струн, отмечает, что потери информации в модельной черной дыре нет, и потому она непригодна для разрешения парадокса реального объекта.
Израильский коллега Штайнхауэра, физик Ульф Леонхардт отметил, что квантовую запутанность в экспериментах с гидродинамической черной дырой удалось обнаружить лишь для высокоэнергетических фотонов. Для квазичастиц низких энергий корреляции в модельном случае слабы. Последнее обстоятельство, скорее всего, несправедливо для реальных черных дыр, где квантовая запутанность имеет место для фотонов любых энергий.
Андрей Борисов
Комментирование разрешено только первые 24 часа.
10 +11−1 | Bob | 00:53:23 29/08/2016 |
Хорошая статья для нас дилетантов,спасибо... |
7 +9−2 | Go Nucelar | 02:11:11 29/08/2016 |
Комментарий удалён. | ||
Возможно, американцы не любят бездорожье и разгильдяйство? |
6 +6−0 | Олег Жуков | 07:20:11 29/08/2016 |
Брат, я ни слова не понял из того, что ты мне сказал. Но ты дорог мне, и я тебе помогу)) |
5 +5−0 | No Name | 13:01:20 29/08/2016 | ||||||
| ||||||||
Да уж... Неужели на Ленте есть кто-то, кто понял хоть что-то из терминов в этой статье? |
4 +4−0 | Максим Смирнов | 11:18:34 29/08/2016 | ||||||
| ||||||||
И все-таки, что не так с ОТО? Не согласны?? "По вашему мир существует бесцельно, без выбора?" Именно так. " Нда, такой бред не каждый день услышишь. " Доказательства, что мир существует с какой-то целью - в студию! "Даже когда птичка какает, в этом есть свой смысл" Ну и какой же? "Вам товарищ хомосапиенс далеко до понимания самой вселенной и всех происходящих в ней процессах" Глупо спорить! ", не понимаю, как можно в подобной ситуации делать подобные выводы," Что - и дажды-два-четыре не умножить, пока всю Вселенную не познаешь? |
4 +4−0 | Никита Каменский | 01:35:37 29/08/2016 |
Комментарий удалён. | ||
Так тонко, что даже толсто... |
3 +3−0 | Максим Смирнов | 12:35:54 29/08/2016 | ||||||
| ||||||||
Вообще-то СТО напрямую применяется для расчетов ускорителей элементарных частиц. А ОТО позволяет обяъснить такие странные вещи, как изменение положения перигелия орбит. |
3 +3−0 | Максим Смирнов | 12:21:20 29/08/2016 | ||||||
| ||||||||
Ему не зачем... |
3 +3−0 | Иван Иванов | 11:29:23 29/08/2016 | ||||||
| ||||||||
Вы правы. О фононах ничего не сказано в Библии. Поэтому это все ложь. Нужно молиться поститься и слушать радио Радонеж. |
3 +3−0 | Alexander Gnatyuk | 11:21:15 29/08/2016 | ||||||
| ||||||||
Совершенно согласен с Вами. И более того, и раньше говорил, что не дело каких-то там патентных служащих лезть со своим мнением в физику.))) |
3 +3−0 | Андрей Матвеев | 11:11:15 29/08/2016 | ||||||
| ||||||||
Судя по вашим речам, себя к хомо сапиенсам вы не относите, и справедливо |
3 +3−0 | Никита Каменский | 10:18:45 29/08/2016 | ||||||
| ||||||||
>что оценивать Карузо Давайте всё-таки начнём с Вашего образования. Какой ВУЗ Вы закончили ? По какой специальности ? Факультет ? |
3 +4−1 | Максим Смирнов | 10:02:50 29/08/2016 | ||||||
| ||||||||
"Для начала, нет ни одного доказательства существования чёрных дыр,..." Вообще-то такие сверхплотные объекты вполне себе наблюдаются по их влиянию на окружение. |
2 +2−0 | Главный_редaктор ™ | 17:23:29 29/08/2016 | ||||||
| ||||||||
Я все понял.♿ |
2 +2−0 | Konstantin Kuzminykh | 12:44:15 29/08/2016 | ||||||
| ||||||||
Дыры предсказаны физиками и открыты астрономами, это все подтверждено, Хокинг установил один из квантовых эффектов, происходящих у черной дыры, третий придумал способ показать этот эффект с помощью макро-тел. что тебе непонятно? существуют ли черные дыры? Даже удалось гравитационные волны словить детектором LIGO... |
2 +2−0 | Иван Иванов | 12:43:48 29/08/2016 | ||||||
| ||||||||
В Библейском Гугле точно нет. Мамой клянусь. |
2 +2−0 | Максим Смирнов | 12:37:27 29/08/2016 | ||||||
| ||||||||
А почему тогда он работает? Как объяснить, что формулы, выведенные в ОТО правильно описывают движение частиц в ускорителе, а классическая механика нет? |
2 +3−1 | Иван Иванов | 12:33:38 29/08/2016 | ||||||
| ||||||||
Все правильно. Верить нужно только в Библию, а там черных дыр нет. Помолимся же, брат. |
2 +2−0 | Максим Смирнов | 10:22:50 29/08/2016 | ||||||
| ||||||||
Вообще-то ЧД - это следствие ОТО. |
2 +2−0 | Максим Смирнов | 10:22:15 29/08/2016 | ||||||
| ||||||||
Черная дыра появилась вовсе не в голове Хокинга. Не он ее придумал. ЧД - неизбежное следствие из вполне проверяемой общей теории относительности. Астрономы наблюдают ЧД по гравитационному влиянию, которые они оказывают на окружающие звезды (самой ЧД из-за ничтожного углового размера и отсутствия светимости не видно). При этом массу ЧД вполне можно рассчитать. |