Фізики створили рекордний квантовий торнадо для імітації чорної діри: чому це важливо (фото)

Створений фізиками вихор із надплинного гелію, який охолодили до температури трохи вище абсолютного нуля, імітує гравітаційне середовище чорних дір із найвищою точністю. Завдяки цьому вчені отримали безпрецедентне розуміння того, як космічні монстри спотворюють навколо себе тканину простору-часу. Результати дослідження були опубліковані в журналі Nature, пише ScienceAlert.

У Фокус. Технології з'явився свій Telegram-канал. Підписуйтесь, щоб не пропускати найсвіжіші та найзахопливіші новини зі світу науки!

Напевно, найдивнішими й екстремальними за своєю природою об'єктами у Всесвіті є чорні діри. Їх дуже складно вивчати, адже вони не випускають жодного випромінювання, але вчені можуть побачити світло, що виходить з простору, який оточує чорні діри. Водночас існують теорії, які можуть точно описати поведінку чорних дір.

Один зі способів краще зрозуміти ці об'єкти, які поглинають матерію, полягає в тому, що вчені створюють аналоги чорних дір у лабораторії. За допомогою подібних експериментів можна отримати більше інформації про деякі аспекти поведінки космічних монстрів.

Як аналог чорної діри фізики створюють вихори або вири. Річ у тім, що будь-яка матерія, яка наближається до чорної діри дуже близько, починає кружляти навколо неї так само, як вода стікає з раковини у водостічну трубу. Так само як вода зникає в трубі, так само матерія потім зникає в чорній дірі.

Під час минулих досліджень фізики вже створювали аналоги чорних дір у вигляді вихорів із води. Але тепер автори нового дослідження створили вихор із надтекучого гелію для вивчення поведінки чорних дір. Для цього вчені використовували ізотоп гелію під назвою гелій-4, який охолодили до температури мінус 271 градус Цельсія, що трохи більше абсолютного нуля. Така температура призводить до того, що бозони в гелії-4 сповільнюються настільки сильно, що починають поводитися як один сверхатом, тобто виходить рідина з нульовою в'язкістю, або надтекуча рідина.

Фізики використовували незвичайні квантові властивості надплинного гелію-4 для створення свого роду квантового торнадо. За словами вчених, у надтекучому гелії є крихітні об'єкти, які називаються квантовими вихорами, і вони можуть віддалятися один від одного. Під час експерименту фізикам вдалося утримати десятки тисяч квантів в об'єкті, який нагадує торнадо. При цьому сила вихору була рекордною для квантових рідин.

За допомогою вихору з надтекучого гелію вчені отримали більше даних про поведінку чорної діри, ніж за допомогою вихорів з води. Вивчення квантового торнадо дало змогу фізикам знайти схожість між вихором і впливом чорної діри, що обертається, на викривлений простір-час навколо неї. За словами вчених, їхні прогнози щодо результатів експерименту підтвердилися, і тепер вони перебувають на порозі відкриття нової галузі науки про чорні діри.

Автори дослідження кажуть, що перший експеримент з податком чорних діри, проведений кілька років тому, показав деякі химерні явища фізики чорних дір, які не можна вивчити іншим способом. Новий складніший експеримент виводить дослідження чорних дір на новий рівень. Фізики вважають, що результати цього експерименту та інших йому подібних зрештою можуть призвести до передбачення того, як квантові поля поводяться у викривленому просторі-часі навколо чорних дір.

Як уже писав Фокус, щоб забезпечити Землю чистою енергією, на Місяці видобуватимуть гелій-3 по 4 млрд доларів за тонну.

Також Фокус писав про те, що фізики вперше змогли виявити невловиму поведінку електронів у 4 вимірах.