Забытый гамильтониан оказался ключом к излучению Хокинга

Ученые предполагают, что черные дыры все-таки выпускают что-то из сферы своего влияния. Эта гипотеза основана на том, что квантовые эффекты должны действовать и на черные дыры, а значит, возможно туннелирование частиц через потенциальный барьер. Вследствие туннелирования частиц черные дыры могут медленно испаряться.

Сбегающие от черной дыры частицы назвали излучением Хокинга в честь разработавшего модель этого процесса Стивена Хокинга (Stephen Hawking). Такую радиацию пока не наблюдали в космосе, потому что она должна быть очень слабой. Исследователи используют лабораторные модели, имитирующие поведение черных дыр, чтобы приблизиться к пониманию излучения Хокинга.

Механизм возникновения излучения Хокинга в гравитационном контексте до конца не выяснен. Международная группа ученых смоделировала возникновение излучения в нелинейной оптической среде и описала неожиданно простой механизм, по которому это происходит. Их работа опубликована в журнале Nature.

Физики предложили новый сценарий смерти черных дыр Если информация, попавшая в черную дыру, в конечном итоге не теряется, то финальный этап ее существования должен растянуться на гораздо больший срок, чем предсказывает классическая теория испарения… naked-science.ru

Традиционные модели описания излучения Хокинга используют каскадный механизм, в котором взаимодействуют различные квантово-механические процессы, порождая излучение. Исследовательская группа использовала для своих экспериментов основанный на оптоволоконной оптике аналог горизонта событий и строгое теоретическое моделирование. Вместо сложного многоступенчатого процесса они нашли свидетельства простого прямого механизма генерации излучения и изучили его влияние на всю систему. Оказалось, что в уравнении, описывающем взаимодействие лазера со средой, есть элемент, который обычно отбрасывли из-за незначительности эффекта. Он отвечает за образование пар частица-античастица, что и нужно для излучения Хокинга. С его помощью оказалсь возможным описать возникновение излучения за один шаг.

«Это упрощает теоретическое понимание и открывает новые способы расчета эффектов в таких системах. Возможно, это даже прольет свет на то, как возникает излучение Хокинга в контексте гравитации», — объясняет первый автор статьи, доктор Лоренцо М. Прокопио (Lorenzo M. Procopio). 

Исследователи выявили, что излучение Хокинга влияет на всю систему, активно взаимодействует с ней. Это взаимодействие необходимо для понимания того, сохраняют ли черные дыры равновесие и как они теряют свою массу. Наблюдение обратной связи в контролируемых лабораторных условиях дает ученым уникальную возможность изучать эффекты, которые были бы практически недоступны в реальной Вселенной из-за масштабов изучаемых объектов.