Увидеть то, чего нет — ученые нашли способ обнаружить свет внутри черной дыры

Таинственные и ужасные черные дыры известны тем, что поглощают все, включая свет. Ничего не может избежать их хватки, а внутри они скрывают непроглядную пустоту самой ткани вселенной. Но, может быть, тьма не столь сильна?

Увидеть то, чего нет — ученые нашли способ обнаружить свет внутри черной дыры

Черные дыры — это области пространства-времени с огромной гравитацией. Ученые изначально думали, что ничто не может выйти за пределы этих массивных объектов, включая свет. Точная природа черных дыр ставилась под сомнение с тех пор, как общая теория относительности Альберта Эйнштейна открыла возможность их существования. Среди самых известных открытий было предсказание английского физика Стивена Хокинга о том, что некоторые частицы на самом деле испускаются на краю черной дыры.

Физики также исследовали работу вакуума. В начале 1970-х, когда Хокинг описывал, как свет может выйти из гравитационного поля черной дыры, канадский физик Уильям Унру предположил, что достаточно быстро ускоряющийся фотодетектор мог "видеть" свет в вакууме. Новое исследование из Дартмута развивает эти теории, детализируя способ получения и обнаружения света, который ранее считался ненаблюдаемым.

Увидеть то, чего нет — ученые нашли способ обнаружить свет внутри черной дыры

В классической физике вакуум рассматривается как отсутствие материи, света и энергии. В квантовой физике вакуум не так уж и пуст, он заполнен фотонами, которые колеблются и исчезают. Однако такой свет измерить практически невозможно.

Одна часть общей теории относительности Эйнштейна, "принцип эквивалентности", устанавливает связь между предсказанием Хокинга об излучении черных дыр и предсказанием Унру об ускорении фотодетекторов, видящих свет. Эквивалентность говорит о том, что гравитация и ускорение принципиально неотличимы: человек в ускоряющемся лифте без окон не сможет определить, действует ли на них сила тяжести, сила инерции или и то, и другое.

Следовательно, если гравитация черной дыры может создавать фотоны в вакууме, то может и ускорение. Поскольку наука уже продемонстрировала, что наблюдение света в вакууме возможно, команда физиков решила найти практический способ обнаружения фотонов. Теория исследования, опубликованная в журнале Nature Research's Communications Physics, предсказывает, что дефекты на основе азота в быстро ускоряющейся алмазной мембране могут быть обнаружены.

В предлагаемом эксперименте синтетический алмаз размером с почтовую марку, содержащий детекторы света на основе азота, подвешен в переохлажденном металлическом ящике, который создает вакуум. Мембрана, которая действует как привязанный батут, ускоряется с огромной скоростью.

В исследовательской статье объясняется, что результирующее производство фотонов из вакуума полости в совокупности усиливается и поддается измерению, при этом образование фотонов в вакууме претерпевает фазовый переход от нормальной фазы к усиленной, подобной сверхизлучению, инвертированной фазе генерации, когда число детекторов превышает критическое значение.

В статье Дартмута исследуются множественные фотонные детекторы — алмазные дефекты — для усиления ускорения мембраны и повышения чувствительности обнаружения. Колебание алмаза также позволяет проводить эксперимент в контролируемом пространстве с высокими темпами ускорения.

Чтобы подтвердить, что обнаруженные фотоны исходят из вакуума, а не из окружающей среды, команда демонстрирует, что теория наблюдает "запутанный свет", отличительную черту квантовой механики, которая не может происходить из внешнего излучения.

Предложение о наблюдении света в вакууме не имеет немедленного применения, но исследовательская группа надеется, что оно поможет лучше понять физические силы, которые влияют на общество, как это делают другие теоретические исследования. В частности, эта работа может помочь пролить экспериментальный свет на предсказание Хокинга об излучении черных дыр через призму принципа эквивалентности Эйнштейна.

Читайте также

Физики создали трехмерный свет и получили квантовые состояния, ранее доступные только в теории

Физики создали трехмерный свет и получили квантовые состояния, ранее доступные только в теории

Животные могли населить Землю на 200 миллионов лет раньше

Животные могли населить Землю на 200 миллионов лет раньше

Ученые воссоздали лицо Homo sapiens возрастом 315 000 лет

Ученые воссоздали лицо Homo sapiens возрастом 315 000 лет

Ученые открыли сверхпроводник I типа, нарушающий симметрию обращения времени

Ученые открыли сверхпроводник I типа, нарушающий симметрию обращения времени

Сверхчувствительный сенсор сделает раннюю диагностику болезней Паркинсона и Альцгеймера

Сверхчувствительный сенсор сделает раннюю диагностику болезней Паркинсона и Альцгеймера

В Китае обнаружен динозавр микрорапторин, меняющий теорию эволюции полета

В Китае обнаружен динозавр микрорапторин, меняющий теорию эволюции полета

Геном человека оказался устойчив к микрогравитации — по крайней мере, в течение суток

Геном человека оказался устойчив к микрогравитации — по крайней мере, в течение суток

Иностранный язык дается взрослым труднее, чем детям? Не совсем так

Иностранный язык дается взрослым труднее, чем детям? Не совсем так

Из лабораторий — на работу: 7 компаний, создающих человекоподобных роботов для реального мира

Из лабораторий — на работу: 7 компаний, создающих человекоподобных роботов для реального мира

Почему роботы умеют делать сальто, но до сих пор не могут нормально сложить рубашку

Почему роботы умеют делать сальто, но до сих пор не могут нормально сложить рубашку

Первый складной iPhone не стал революцией: с чем придется мириться владельцам iPhone Duo

Первый складной iPhone не стал революцией: с чем придется мириться владельцам iPhone Duo

Электромобили с самым большим запасом хода в 2026 году: от Lucid Air до Mercedes-Benz EQS

Электромобили с самым большим запасом хода в 2026 году: от Lucid Air до Mercedes-Benz EQS

Камера «Аквабласт» очищает детали без повреждения металла и резины

Камера «Аквабласт» очищает детали без повреждения металла и резины

Новый метод извлекает до 98% платины из старых автомобильных катализаторов

Новый метод извлекает до 98% платины из старых автомобильных катализаторов

Honor может выпустить необычный Wide Foldable в январе — с камерой на 200 Мп и батареей более 7000 мАч

Honor может выпустить необычный Wide Foldable в январе — с камерой на 200 Мп и батареей более 7000 мАч

vivo X Fold6 представят 6 октября — вместе с ним могут показать гарнитуру смешанной реальности

vivo X Fold6 представят 6 октября — вместе с ним могут показать гарнитуру смешанной реальности