Ученые создали искусственную черную дыру
Ученые создали «ничто». Иными словами искусственным образом они открыли черную дыру. Подобные эксперименты выходят за рамки нашего понимания. Как будто нам мало космических черных дыр, угрожающих существованию нашей планеты. Для чего нужны такие опыты и могут ли они нести реальную угрозу человечеству?
Сразу скажу, что это далеко не первый эксперимент по созданию черной дыры. Что интересно, в каждом отдельном случае технологии «изготовления» черных дыр и используемые материалы были совершенно разные. Дальше мы рассмотрим несколько таких опытов. Но сначала вспомним о самой черной дыре и ее свойствах.
Чаще всего говорят, что черная дыра – это остатки звездных ядер, которые обладают очень высокой плотностью. На самом деле существует четыре возможных сценария их возникновения. Два из них в научном мире имеют больше сторонников. Первый — это невероятно быстрое сжатие массивной звезды под действием гравитационных сил (гравитационный коллапс). Второй – коллапс центра галактики или галактического газа. Говоря простыми словами, под действием собственной гравитации происходит такое невероятное сжатие, что в звездах уже не остается вещества в привычном для нас понимании. Существуют и две другие предположительные гипотезы: формирование черных дыр сразу же после Большого взрыва и возникновение высоких энергий в ядерных реакциях. Более точно о возникновении черных дыр ученые сказать не могут.
В области черных дыр действует такая невероятная гравитация, которая просто не имеет предела. Если в зону ее действия попадет какой-либо объект, вырваться из нее он уже никогда не сможет. Черная дыра поглощает все, что к ней приближается. Это касается и самого света, фотоны которого покинуть ее не в силах. Границу этой области называют «горизонтом событий». Что за ним скрывается, установить не представляется возможным.
Эксперимент итальянцев
Подобие такой космической черной дыры создали итальянские физики в лабораторных условиях. Своим экспериментом они пытались доказать, что черную дыру можно создать на практике и даже объяснить ее экстремальные свойства.
Сама дыра микроскопических размеров. Создана она была с помощью лазера, стекла и очень чувствительных детекторов. Исследователи направили пучки лазера на стекло. Кстати, оно должно быть очень чистым. Что в этом такого особенного, ведь лазер должен был просто пройти через стекло? В обычных условиях так и произойдет. Но если плотность того же самого стекла или же интенсивность светового луча превысит допустимый уровень, вот тогда атомы материала (в данном случае атомы стекла) смогут выйти из своего первоначального состояния. В свою очередь меняется и индекс преломления материала. То есть, проходя через стекло, свет преломляется и его направление отклоняется от начального угла вхождения. Все это происходит одновременно с лазерным импульсом, проходящим в этот момент сквозь материю. В результате такого перемещения появляется показатель индекса возмущения. Происходит это из-за быстроты изменений, которые продолжаются всего лишь триллионную долю секунды.
Итальянские физики смогли воссоздать в стекле небольшую зону, где движение света прекращается. Точно так, как происходит на «горизонте событий». Свет не может двигаться дальше из-за искажения пространства под действием силы тяжести. Или же луч света просто рассыпается в среде стекла.
И те процессы, которые происходят в стекле, в точности повторяют то, что происходит в космической черной дыре. Но между настоящей черной дырой и искусственной есть существенное отличие. Любое вещество или объект, который попадет в космическую черную дыру, будет поглощен. В стекле это может произойти только с частицами света.
Электромагнитная черная дыра
Теоретическую модель электромагнитной черной дыры, затягивающей окружающий свет, впервые предложили ученые Александр Килдишев и Евгений Нариманов из университета Пердью, штат Индиана. Они имитировали свойства космического объекта с гравитацией, искажающей пространство-время и затягивающее не только материю, но и электромагнитные волны. По расчетам ученых, вполне возможно создать такое устройство, способное искривлять движение света по направлению к центру. Но они совершенно не ожидали, что на основе их теории вскоре будет создана и сама экспериментальная конструкция.
Предложенную модель решили воплотить в практику китайские ученые Ти Жун Куи и Кьянг Ченг. Они создали черную дыру для микроволн. Их конструкция состоит из 60 кольцеобразных слоев ленты из метаматериала. Этот композитный материал благодаря своим специфическим свойствам обладает отрицательным коэффициентом преломления.
Лента из метаматериала довольно сложной структуры с изменяющимися характеристиками. Первые 40 слоев формируют внешнюю оболочку, остальные 20 внутренних слоев создают так называемый «поглотитель». Исследователи говорят, что попадающая в устройство электромагнитная волна не выйдет за пределы черной дыры — она будет сконцентрирована в ее ядро и поглощена им.
Черная дыра, излучающая радиацию
Целью американских физиков было доказать или опровергнуть предположение профессора Хокинга о том, что черные дыры излучают радиацию. Американцы также в лабораторных условиях создали черную дыру. В отличие от предыдущих эта искусственная дыра поглощает не св и не электромагнитные волны, а звуковые.
Ученые взяли небольшой кусок заряженного рубидия весом около 100 000 атомов, снизили температуру почти до абсолютного нуля. Рубидий поместили в магнитное поле. Затем с помощью лазера создали электрический потенциал, заставивший атомы двигаться быстрее звука. Созданный в результате сверхзвуковой поток длился всего лишь восемь миллисекунд. Но он создал акустическую дыру для захвата звука.
В итоге, из-за вращения поля подобие черной дыры образуется быстрее самого звука. Попав в нее, звуковые волны вырваться просто не успеют – они обрываются на «горизонте событий».
В результате этого эксперимента на поверхности дыры образовался конденсат из атомов, который излучал в пространство остаточную радиацию. Авторы этого лабораторного опыта доказали спорную гипотезу о том, что черные дыры излучают радиацию.
Для чего же все-таки ученые создают искусственные черные дыры? Исследователи утверждают, что они не представляют никакой опасности для человека. Эксперименты ученых позволят проводить другие интересные и необычные опыты. Например, объединить горизонты белых и черных дыр, в которых время течет в обратном направлении, а также проводить опыты с применением лазера в черных дырах на рубеже двух «горизонтов событий». Таким образом, с помощью искусственных черных дыр ученые надеются больше узнать про устройство нашего мира и Вселенной. А может даже разгадать вечную загадку нашего бытия.
