В сердце черной дыры физика, какой мы ее знаем, рушится. Гравитация, пространство и время сливаются в неразрывный клубок, создавая условия, которые не поддаются нашему пониманию. Но если мы не сможем посетить черную дыру, возможно, нам удастся доставить ее кусочек на Землю. Это сделала команда исследователей из Ноттингемского университета, впервые создав «квантовый вихрь» в сверхтекучем гелии при сверхнизких температурах. Пионерский эксперимент (Я связываю это здесь), который может открыть окно в самые глубокие тайны Вселенной.
Сверхтекучесть: погружение в неизведанное при температуре -271°C
Представьте себе, что вы погружаетесь в ванну с жидким гелием, охлажденным до температуры чуть выше абсолютного нуля (-273,15°C). Не забудьте свой костюм, пожалуйста. После «пропитки» вы обнаружите, что материя ведет себя странным и удивительным образом, приобретая квантовые свойства, которые бросают вызов здравому смыслу. И именно в этих экстремальных условиях исследователи создали свою «мини-черную дыру»: закрученный вихрь в сверхтекучей жидкости, квантовый торнадо, увлекающий за собой все.
Это было непросто. При таких температурах гелий развивает врожденное сопротивление образованию крупных вихрей, предпочитая дробиться на множество крошечных «квантов», которые имеют тенденцию распространяться. Чтобы преодолеть это препятствие, команде пришлось объединить десятки тысяч этих квантов в компактный объект, в результате чего образовался закрученный поток рекордной интенсивности в мире квантовых жидкостей.
Когда пространство-время начинает танцевать (в сверхтекучем состоянии)
Какое отношение этот эксперимент имеет к черным дырам? Ну, больше, чем вы думаете. Согласно общей теории относительности Эйнштейна, черные дыры — это не просто массивные объекты, а реальные искажения пространства-времени. А когда черная дыра вращается, она увлекает за собой саму ткань Вселенной, создавая эффект, называемый «перетаскиванием кадра» или «эффектом Линзы-Тирринга».
И именно этот странный космический балет исследователям удалось воспроизвести в своем квантовом торнадо. Крошечные волны, генерируемые на поверхности сверхтекучей жидкости, по сути, имитируют то, как гравитация вращающейся черной дыры влияет на окружающее пространство-время. Увлекательная параллель, открывающая путь к новым возможностям обучения.
Через квантовое зеркало
Я хочу прояснить это, даже если любой, кто читает эти статьи, не останавливаясь на названии, хорошо это знает: гелиевый вихрь — это не настоящая черная дыра. Он не затянет нас в свой горизонт событий и не превратит в сингулярность. Но это модель, линза, через которую мы можем взглянуть на некоторые из самых экзотических явлений во Вселенной.
Он это хорошо объясняет Силке Вайнфуртнер, руководитель Лаборатории черных дыр, где проводился эксперимент:
Теперь, с помощью нашего самого сложного эксперимента, мы вывели исследования на новый уровень, который может привести нас к предсказанию того, как квантовые поля ведут себя в искривленном пространстве-времени вокруг астрофизических черных дыр.
Попробую перевести? Этот квантовый торнадо может стать нашим зеркалом Алисой, порталом в мир, где законы физики изгибаются и извиваются невообразимым образом. Мир, об исследовании которого до вчерашнего дня мы могли только мечтать.
Шаг за шагом
Мы находимся только в начале пути: Ноттингемский эксперимент — это первый, новаторский шаг к моделированию квантовой физики в искривленном пространстве-времени. Пройдут годы, а возможно, десятилетия, прежде чем мы сможем воспроизвести все гравитационные причуды настоящей черной дыры в лаборатории. Под мостом уйдет много сверхтекучести.
Однако любое путешествие, даже самое длинное, начинается с одного шага. И этот первый шаг уже вывел нас за пределы того, что мы считали возможным. Мы можем посмотреть неизвестному в глаза и, возможно, начать его понимать.
Возможно, когда-нибудь мы сможем создать настоящие «черные дыры в пробирке», воспроизведя в небольших масштабах все тайны и чудеса этих космических титанов. Возможно, мы научимся ориентироваться в потоках пространства-времени, танцуя на краю горизонта событий.
До бесконечности и дальше, верно?
