Физики создали рекордный квантовый торнадо для имитации черной дыры: почему это важно

Фото: ScienceAlert

Созданный физиками вихрь из сверхтекучего гелия, который охладили до температуры чуть выше абсолютного нуля, имитирует гравитационную среду черных дыр с высочайшей точностью. Благодаря этому ученые получили беспрецедентное понимание того, как космические монстры искажают вокруг себя ткань пространства-времени. Результаты исследования были опубликованы в журнале Nature, пишет ScienceAlert.

Наверное, самыми странными и экстремальными по своей природе объектами во Вселенной являются черные дыры. Их очень сложно изучать, ведь они не выпускают никакого излучения, но ученые могут увидеть свет, исходящий и окружающего черные дыры пространства. В то же время существуют теории, которые могут точно описать поведение черных дыр.

Один из способов лучше понять эти объекты, которые поглощают материю, состоит в том, что ученые создают аналоги черных дыр в лаборатории. С помощью подобных экспериментов можно получить больше информации о некоторых аспектах поведения космических монстров.

В качестве аналога черной дыры физики создают вихри или водовороты. Дело в том, что любая материя, которая приближается к черной дыре очень близко начинает кружить вокруг нее так же, как вода стекает из раковины в водосточную трубу. Также как вода исчезает в трубе, так же материя затем исчезает в черной дыре.

Во время прошлых исследований физики уже создавали аналоги черных дыр в виде вихрей из воды. Но теперь авторы нового исследования создали вихрь из сверхтекучего гелия для изучения поведения черных дыр. Для этого ученые использовали изотоп гелия под названием гелий-4, который охладили до температуры минус 271 градус Цельсия, что немного больше абсолютного нуля. Такая температура приводит к тому, что бозоны в гелии-4 замедляются настолько сильно, что начинают вести себя как один сверхатом, то есть получается жидкость с нулевой вязкостью или сверхтекучая жидкость.

Физики использовали необычные квантовые свойства сверхтекучего гелия-4 для создания своего рода квантового торнадо. По словам ученых, в сверхтекучем гелии есть крошечные объекты, которые называются квантовыми вихрями, и они могут удаляться друг от друга. Во время эксперимента физикам удалось удержать десятки тысяч квантов в объекте, который напоминает торнадо. При этом сила вихря была рекордной для квантовых жидкостей.

С помощью вихря из сверхтекучего гелия ученые получили больше данных о поведении черной дыры, чем с помощью вихрей из воды. Изучение квантового торнадо позволило физикам найти сходство между вихрем и влиянием вращающейся черной дыры на искривленное пространство-время вокруг нее. По словам ученых, их прогнозы относительно результатов эксперимента подтвердились, и теперь они находятся на пороге открытия новой области науки о черных дырах.

Авторы исследования говорят, что первый эксперимент с налогом черных дыры, проведенный несколько лет назад показал некоторые причудливые явления физики черных дыр, которые нельзя изучить другим способом. Новый более сложный эксперимент выводит исследования черных дыр на новый уровень. Физики считают, что результаты этого эксперимента и других ему подобных в конечном итоге могут привести к предсказанию того, как квантовые поля ведут себя в искривленном пространстве-времени вокруг черных дыр.

Ирина Скиба / Skibair
Журналист ATinform