Физика

Излучение Хокинга предложили изучать при помощи плазменных зеркал

Alain Riazuelo

Ученые выдвинули идею использовать ускоряющиеся зеркала из плазмы для экспериментального изучения информационного парадокса черных дыр. Это может стать первой возможностью для лабораторного изучения испарения черных дыр. Работа физиков опубликована в журнале Physical Review Letters.

Согласно статье Стивена Хокинга, опубликованной в 1970 году, черные дыры должны испускать чернотельное излучение, единственным параметром которого является температура. Вследствие этого их масса будет уменьшаться, а следовательно, будет пропадать информация об упавших телах. Однако такое развитие событий противоречит квантовой механике. Эта ситуация известна как проблема исчезновения информации в черных дырах. На протяжении десятилетий она исследовалась только теоретически.

Излучение Хокинга возникает, когда квантовые флуктуации около горизонта событий черной дыры рождают пару частиц (в простейшей ситуации — фотонов, квантов света), одна из которых улетает, а другая падает в дыру. Одним из вариантов изучения информационного парадокса является исследование корреляций между улетевшими частицами и их захваченными партнерами по мере испарения черной дыры. Однако принцип эквивалентности Эйнштейна позволяет заменить гравитацию черной дыры ускоряющимся зеркалом, при этом сохранив все особенности взаимодействия. В такой ситуации отраженный фотон соответствует улетающему от черной дыры, а неотраженный — запертому, который начнет свободно двигаться, только если зеркало остановится.

Чэнь Пишэнь из Национального университета Тайваня и Жерар Муру из Политехнической школы Палезо предложили реализуемый на практике вариант такого эксперимента. В их варианте мощный лазерный импульс движется сквозь изготовленную с наноразмерной точностью плазменную мишень. Импульс оставляет позади избыток электронов, которые выступают в качестве подвижной отражающей поверхности для рождаемых квантовыми флуктуациями фотонов. Авторы показали, что для необходимого режима ускорения зеркала, плотность плазмы должна возрастать примерно каждые 100 нанометров. Подставив в расчеты реалистичные значения интенсивности лазера и плотности плазмы, они подтвердили, что в таком варианте реализуются условия эксперимента с движущимся зеркалом.