Чёрную дыру в бассейне с водой смоделировали экспериментаторы

Даже у явлений космического масштаба есть свои земные аналоги: упругие волны в жидкости во многом ведут себя подобно волнам света в пространстве. Международная группа учёных использовала это свойство воды для того, чтобы понять, существует ли в действительности излучение Хоукинга или нет. Напомним, что это излучение – испускание частиц чёрными дырами – до сих пор не подтверждено наблюдениями.

Оказалось, что чёрная дыра действительно не совсем “чёрная” и теоретически может излучать.

Профессор Ульф Леонардт (Ulf Leonhardt) из университета Сент-Эндрю (University of St. Andrews) и доктор Жермен Руссо (Germain Rousseaux) из университета Ниццы (Université Nice) устроили симуляцию чёрной дыры в гидродинамической лаборатории Genimar. Эта установка обычно используется для анализа влияния морских волн на береговую линию или для тестирования прочности субмарин.

Схема проведённого эксперимента выглядит примерно так: мощный насос на одном конце искусственного канала создаёт давление, которое гонит воду к генератору волн на противоположном конце. Направление распространения волн – против течения воды.

Несколько месяцев команда учёных снимала на видеокамеру возникающие в волноводе эффекты, варьируя скорость потока и параметры волн. Они надеялись, это даст ключ к пониманию того, что может происходить у горизонта событий: чёрные дыры напоминают космическую раковину, куда “стекается” материя, подобно воде из кухонного крана. Чем ближе она оказывается к горизонту событий, тем выше скорость “слива”.

Именно такие условия исследователи решили воспроизвести в лаборатории, а горизонт событий в данном случае – место, где массы воды начинают двигаться быстрее волн, не давая им распространяться против течения.

 

Основная установка лаборатории Genimar представляет собой волновод длиной 31 метр с водяным насосом на одном конце и установкой по созданию волн на другом

В ходе изучения записанных на камеру гидродинамических эффектов удалось найти подтверждение теоретическому предсказанию Хоукинга. Были зафиксированы так называемые “антиволны” – эти объекты учёные ассоциируют с гипотетически возникающими на условной границе поверхности чёрных дыр античастицами.

“Конечно, поток воды не создаёт античастицы, но он может создавать антиволны. Частицы воды в обычной волне колеблются вверх-вниз, и эти колебания распространяются по ходу волны, тогда как антиволны ведут себя противоположным образом. Мы определённо наблюдали эти волны “отрицательной частоты”, — говорит профессор Леонардт.

Чёрную дыру можно сравнить с рекой, которая всегда ускоряет свой бег на пути к водопаду. То место, где скорость потока превышает скорость распространения волн, можно назвать горизонтом событий. То есть в какой-то точке скорость реки (материи, которую “засасывает” в чёрную дыру) превышает скорость распространения волн (гипотетическую скорость света). Что же происходит в этот волнующий момент? Согласно результатам гидродинамических опытов — появляются “антиволны” с противоположными обычным волнам характеристиками. В этом месте даже рыбки не в силах противостоять движению потока-материи  

Впрочем, он же добавляет, что полученные результаты не совсем согласуются с теорией и астрофизикам ещё предстоит проделать большой путь, чтобы понять, что происходит вблизи горизонта событий. Хотя бы на примере таких простых эффектов.