Забытый элемент уравнения раскрыл простой механизм излучения Хокинга

Излучение Хокинга — одно из самых интригующих предсказаний современной физики. Согласно гипотезе Стивена Хокинга, черные дыры не вечны: квантовые эффекты позволяют частицам туннелировать сквозь гравитационный барьер, что приводит к медленному испарению. Однако напрямую наблюдать это излучение в космосе пока невозможно — оно чрезвычайно слабо. Поэтому учёные создают лабораторные модели, имитирующие поведение чёрных дыр в контролируемых условиях.

Нелинейная оптика как ключ к гравитации

В новой работе исследователи построили аналог горизонта событий на основе оптоволоконной оптики. Лазерный импульс, распространяясь в нелинейной среде, создаёт область, аналогичную гравитационному полю чёрной дыры. Это позволило смоделировать рождение пар частица-античастица — те самые процессы, которые, как считается, порождают излучение Хокинга.

Традиционные модели описывают этот процесс как многоступенчатый каскад взаимодействий. Но авторы обнаружили нечто неожиданное: в уравнении, описывающем лазерно-средовое взаимодействие, есть элемент, который обычно отбрасывали из-за его кажущейся незначительности. Этот «забытый» гамильтониан оказался ответственным за прямое образование пар частиц — и, следовательно, за излучение.

Прямой механизм и обратная связь

«Это упрощает теоретическое понимание и открывает новые способы расчёта эффектов в таких системах, — пояснил ведущий автор исследования доктор Лоренцо М. Прокопио. — Возможно, это даже прольёт свет на то, как возникает излучение Хокинга в контексте гравитации». Используя найденный элемент, учёные смогли описать генерацию излучения за один шаг, без промежуточных процессов.

Кроме того, исследователи выявили, что излучение не просто покидает систему — оно активно взаимодействует с ней, оказывая обратное влияние. Эта обратная связь критична для понимания того, как чёрные дыры сохраняют равновесие и теряют массу. В лабораторных условиях удалось впервые детально изучить этот эффект, который в реальной Вселенной практически недоступен наблюдениям из-за огромных масштабов чёрных дыр.

Открытие не только углубляет наше понимание квантовой гравитации, но и демонстрирует, что даже в хорошо изученных уравнениях могут скрываться ключи к фундаментальным процессам. Простота найденного механизма даёт надежду, что дальнейшие эксперименты с лабораторными аналогами чёрных дыр помогут окончательно прояснить природу излучения Хокинга и, возможно, ответить на вопрос: что происходит с информацией, попавшей в чёрную дыру?