Підтвердили теорію Гокінга: фізики вперше відтворили “випаровування” чорної діри

04 липня 2026 р. 10:48

04 липня 2026 р. 10:48

Міжнародна група фізиків змоделювала аналог чорної діри за допомогою лазерів та вперше спостерігала процес, схожий на зворотну реакцію випромінювання Гокінга . Результати дослідження можуть допомогти краще зрозуміти природу чорних дір і один із найскладніших парадоксів сучасної фізики, пише ScienceAlert .

“Це спрощує теоретичне розуміння і відкриває нові способи розрахунку ефектів у таких системах. Це може навіть пролити світло на те, як випромінювання Гокінга виникає в контексті гравітації”, — заявив провідний автор дослідження Лоренцо Прокопіо з Падерборнського університету.

Чорні діри настільки масивні та щільні, що після перетину горизонту подій їхнє гравітаційне поле не дозволяє втекти навіть світлу. Водночас ще у 1974 році фізик Стівен Гокінг передбачив, що чорні діри не є повністю “чорними” і мають повільно втрачати енергію через так зване випромінювання Гокінга.

Саме механізм цієї втрати енергії, відомий як зворотна реакція, досі залишався непідтвердженим експериментально. Безпосередньо спостерігати випромінювання Гокінга неможливо, оскільки його сигнал надто слабкий порівняно з фоновим випромінюванням Всесвіту, тому фізики створюють лабораторні аналоги чорних дір, які відтворюють ту саму фізику. Для цього використовують різні системи — від потоків води до конденсатів Бозе–Ейнштейна.

У новому дослідженні, опублікованому в журналі Nature, застосували оптичне волокно та надшвидкі лазерні імпульси. Експериментальна установка, яку понад десять років тому розробив співавтор роботи Ульф Леонгардт із Наукового інституту Вейцмана, працює так: один лазерний імпульс змінює оптичні властивості спеціального волокна, створюючи для другого імпульсу аналог горизонту подій чорної діри.

Попередні дослідження на цій установці вже дозволили відтворити аналог випромінювання Гокінга. Цього разу науковці шукали значно тонший ефект — передачу енергії від моделі чорної діри до випромінювання, яке вона створює.

Для пояснення цього процесу дослідники наводять аналогію з третім законом Ньютона. Якщо людина на роликових ковзанах відштовхує іншу, обидві починають рухатися в протилежних напрямках — так само й система, що породжує випромінювання Гокінга, має втрачати відповідну кількість енергії. Під час експерименту фізики зафіксували саме такий крихітний зсув лазерного імпульсу, який свідчив про втрату енергії аналогом чорної діри — це вважається аналогом зворотної реакції випромінювання Гокінга.

Раніше вчені припускали, що аналог випромінювання Гокінга виникає внаслідок складного каскаду оптичних взаємодій. Однак нові дані свідчать про існування одного прямого фізичного процесу, який одночасно пояснює і випромінювання, і втрату енергії.

“Можливо, астрофізичні чорні діри випромінюють таким самим простим і прямим процесом, як і наш аналог. Отримана зворотна реакція описує в мікроскопічних деталях, як чорні діри випаровуються”, — зазначили дослідники.

Науковці наголошують, що безпосередньо підтвердити цей процес біля реальних чорних дір найближчим часом навряд чи вдасться. Однак якщо аналогічний механізм виявлять і в інших лабораторних моделях, це стане вагомим аргументом на користь того, що експеримент відображає фундаментальні властивості випромінювання Гокінга.

Результати дослідження також можуть наблизити фізиків до розв'язання інформаційного парадоксу чорних дір — однієї з найскладніших проблем, над якою Стівен Гокінг працював до кінця життя. Суть парадоксу, що виникає на стику квантової механіки та теорії відносності, полягає в тому, що після повного випаровування чорної діри через випромінювання вся інформація про її початковий стан безповоротно втрачається.

Нещодавно вчені вперше представили точне математичне рішення рівнянь Ейнштейна, яке описує процес формування мікроскопічних чорних дір із так званих “кристалів простору-часу”. Згідно з дослідженням, за певних умов чотиривимірна тканина простору-часу може переходити у нестабільний кристалоподібний стан, де навіть мінімальний приплив енергії запускає критичний колапс — подібно до миттєвої кристалізації переохолодженої води від легкого струшування.

Політика