Учёные создали внутри сверхтекучего гелия гигантский квантовый торнадо, и теперь они хотят использовать его для исследования загадочной природы чёрных дыр.
Водоворот, сделанный из жидкого гелия, охлаждённого почти до абсолютного нуля, движется без трения, имитируя способ, которым вращающиеся чёрные дыры деформируют окружающее их пространство-время.
Изучая вихрь, физики могут получить важную информацию о поведении космических монстров. Исследователи опубликовали свои выводы 20 марта в журнале Nature.
«Использование сверхтекучего гелия позволило нам изучить крошечные поверхностные волны более детально и точно, чем в наших предыдущих экспериментах с водой, — сказал в своём заявлении ведущий автор исследования Патрик Сванкара (Patrik Svancara), физик из Ноттингемского университета в Великобритании. — Поскольку вязкость сверхтекучего гелия чрезвычайно мала, мы смогли тщательно исследовать его взаимодействие со сверхтекучим торнадо и сравнить полученные результаты с нашими собственными теоретическими прогнозами.»
Для физиков механизм действия чёрных дыр всё ещё является загадкой. Известные законы физики нарушаются в присутствии бесконечного гравитационного притяжения этих экстремальных объектов. Для тех же, кто хочет объединить общую теорию относительности Эйнштейна с квантовой механикой, это означает, что искажение пространства-времени чёрными дырами представляет собой заманчивую привлекательность.
В отсутствие катастрофического разрыва пространства-времени на Земле команда, стоящая за новым исследованием, обратилась к модельной системе, которая могла бы смоделировать некоторые из экстремальных вихрей, существующих вокруг чёрных дыр. Переохладив жидкий гелий до нескольких долей выше абсолютного нуля, они поместили его в резервуар с пропеллером на дне, чтобы создать вихрь внутри жидкости.
Затем, наблюдая за тем, как движется сверхтекучая жидкость (которая течёт примерно в 500 раз легче, чем вода), исследователи наблюдали то, как тысячи крошечных вихрей внутри неё объединялись в гигантский водоворот.
«Сверхтекучий гелий содержит крошечные объекты, называемые квантовыми вихрями, которые имеют тенденцию расходиться друг от друга, — говорится в заявлении Сванкары. — В нашей установке нам удалось удержать десятки тысяч этих квантов в компактном объекте, напоминающем небольшой торнадо, добившись вихревого потока с рекордной силой в области квантовых жидкостей.»
Изучая квантовый водоворот, учёные обнаружили убедительное сходство с тем, как себя ведут в космосе чёрные дыры. Наиболее примечательно, что они наблюдали явление чёрной дыры, называемое «ringdown», когда недавно слившаяся чёрная дыра колеблется вокруг своей оси.
Теперь, когда были замечены более простые параллели, исследователи будут пробовать провести свой эксперимент на более загадочных аспектах поведения чёрных дыр.
Это «в конечном итоге может привести нас к предполагаемому поведению квантовых полей в искривлённом пространстве-времени вокруг астрофизических чёрных дыр», — говорится в заявлении соавтора исследования Силке Вайнфуртнер (Silke Weinfurtner), профессора физики Ноттингемского университета.
