Группа ученых-физиков провела лабораторный эксперимент, имеющий отношение к существующей теории о черных дырах. Полученные в ходе этого эксперимента результаты подтвердили правоту некоторых предсказаний Стивена Хокинга, несмотря на то, что созданный в лаборатории аналог черной дыры не имеет ничего общего с черными дырами, встречающимися в космосе.
Классические черные дыры обладают столь большой гравитацией, что попав в ее гравитационную ловушку, ни материя, ни свет уже не могут покинуть пределы горизонта событий. Лабораторная черная дыра была создана на основе так называемого конденсата Бозе-Эйнштейна, и ее горизонт событий никак не влияет на свет, зато его свойства не дают выбраться за пределы черной дыры звуковым волнам. Другими словами, лабораторная черная дыра является акустической черной дырой.
В теории Стивена Хокинга определено понятие излучения Хокинга (Hawking radiation), что и являлось предметом проведенного эксперимента. Согласно теории Хокинга, который сделал попытку применить в ней базовые физические законы, черная дыра должна испускать излучение со своей поверхности. Проблема с обычными черными дырами заключается в том, что эти черные дыры закрыты от прямых наблюдений «океанами» кипящей материи, приближающейся к горизонту событий, и излучаемого этой материей излучения.
Лабораторный аналог черной дыры был создано из 8 тысяч атомов рубидия, заключенных в ловушке, созданной из лучей лазерного света. При этом, форма ловушки была такой, что получившееся облако конденсата Бозе-Эйнштейна имело удлиненную форму. Конденсат Бозе-Эйнштейна, являющийся облаком сверхохлажденных атомов, ведет себя как один большой атом, что позволяет ученым изучать квантовые явления и их энергетику путем прямых наблюдений.
Основной особенностью созданной лабораторной черной дыры было то, что распределение атомов рубидия в облаке было неравномерным. На границах конденсата, при помощи света еще одного лазера, была создана область с повышенной концентрацией атомов, которая стала аналогом горизонта событий. Внутренняя область с малой концентрацией атомов рубидия соответствовала внутренней области черной дыры.
За счет разной плотности атомов звук распространяется с разной скоростью в упомянутых выше двух областях лабораторной черной дыры. Приблизительно также обстоят дела со скоростью света, попавшего в гравитационную ловушку обычной космической черной дыры. Ученые обнаружили, что лабораторная черная дыра излучала звуковые волны своей поверхностью, и это акустическое излучение Хокинга стало воплощением корреляционной функции между звуковыми волнами, находящимися внутри и за пределами черной дыры.
Наблюдения ученых, проведенные ими математические расчеты и полученные совпадения математических формул стали еще одним подтверждением теории Стивена Хокинга. И, в будущем, ученым-астрономам может быть удастся получить подтверждения теории путем наблюдения за реальными черными дырами, которые уже поглотили всю окружающую их материю и находятся в пассивном состоянии.
