Ο Δρ Stephen Hawking εξέδωσε μια ανησυχητική θεωρία το 1974 που ισχυρίστηκε ότι οι μαύρες τρύπες εξατμίζονται. Τώρα, 40 χρόνια αργότερα, ένας ερευνητής ανακοίνωσε τη δημιουργία προσομοίωσης ακτινοβολίας Hawking σε εργαστηριακό περιβάλλον.
Η πιθανότητα μιας μαύρης τρύπας προήλθε από τη θεωρία της Γενικής Σχετικότητας του Αϊνστάιν. Ο Karl Schwarzchild το 1916 ήταν ο πρώτος που συνειδητοποίησε την πιθανότητα μιας βαρυτικής μοναδικότητας με ένα όριο που το περιβάλλει στο οποίο το φως ή η ύλη που εισέρχεται δεν μπορεί να ξεφύγει.
Αυτό το μήνα, ο Τζεφ Στάινχαουερ από το Τεχνολογικό Ινστιτούτο Τεχνολογίας του Ισραήλ, περιγράφει στην εφημερίδα του, «Παρατήρηση της αυτο-ενίσχυσης ακτινοβολίας Hawking σε ένα αναλογικό λέιζερ μαύρης τρύπας» στο περιοδικό Nature, πώς δημιούργησε έναν ορίζοντα αναλογικού γεγονότος χρησιμοποιώντας μια ουσία ψύχθηκε σε σχεδόν απόλυτο μηδέν και χρησιμοποιώντας λέιζερ μπόρεσε να ανιχνεύσει την εκπομπή της ακτινοβολίας Hawking. Θα μπορούσε να είναι η πρώτη έγκυρη απόδειξη της ύπαρξης ακτινοβολίας Hawking και, κατά συνέπεια, να σφραγίσει τη μοίρα όλων των μαύρων τρυπών;
Αυτή δεν είναι η πρώτη προσπάθεια δημιουργίας αναλόγου ακτινοβολίας Hawking σε εργαστήριο. Το 2010, δημιουργήθηκε ένα ανάλογο από ένα μπλοκ γυαλιού, λέιζερ, καθρεπτών και ψυχρού ανιχνευτή (Phys. Rev. Letter, Sept 2010). κανένας καπνός δεν συνόδευε τους καθρέφτες. Ο εξαιρετικά μικρός παλμός έντονου φωτός λέιζερ που διέρχεται από το γυαλί προκάλεσε διαταραχή του δείκτη διάθλασης (RIP) που λειτούργησε ως ορίζοντας γεγονότων. Φως φαινόταν να εκπέμπεται από το RIP. Ωστόσο, τα αποτελέσματα των F. Belgiorno et al. παραμένουν αμφιλεγόμενοι. Απαιτήθηκαν ακόμη περισσότερα πειράματα.
Η τελευταία προσπάθεια αναπαραγωγής της ακτινοβολίας Hawking από τον Steinhauer ακολουθεί μια προσέγγιση υψηλής τεχνολογίας. Δημιουργεί ένα συμπύκνωμα Bose-Einstein, μια εξωτική κατάσταση της ύλης σε σχεδόν απόλυτη μηδενική θερμοκρασία. Τα όρια που δημιουργούνται εντός του συμπυκνώματος λειτουργούσαν ως ορίζοντας γεγονότων. Ωστόσο, προτού προχωρήσουμε σε περισσότερες λεπτομέρειες, ας κάνουμε ένα βήμα πίσω και να εξετάσουμε τι προσπαθούν να επαναλάβουν οι Steinhauer και άλλοι.
Η συνταγή για την παραγωγή ακτινοβολίας Hawking ξεκινά με μια μαύρη τρύπα. Οποιαδήποτε μαύρη τρύπα μεγέθους θα κάνει. Η θεωρία του Hawking δηλώνει ότι οι μικρότερες μαύρες τρύπες θα ακτινοβολούν ταχύτερα από τις μεγαλύτερες και, ελλείψει της ύλης που θα πέσει σε αυτές - η αύξηση, θα «εξατμιστεί» πολύ πιο γρήγορα. Οι γιγαντιαίες μαύρες τρύπες μπορεί να διαρκέσουν περισσότερο από ένα εκατομμύριο φορές την παρούσα εποχή του Σύμπαντος για να εξατμιστούν μέσω της ακτινοβολίας Hawking. Όπως ένα ελαστικό με αργή διαρροή, οι περισσότερες μαύρες τρύπες θα σας πήγαιναν στον πλησιέστερο σταθμό επισκευής.
Έτσι έχετε μια μαύρη τρύπα. Έχει ορίζοντα γεγονότων. Αυτός ο ορίζοντας είναι επίσης γνωστός ως η ακτίνα Schwarzchild. το φως ή η ύλη που ελέγχει στον ορίζοντα συμβάντων δεν μπορεί ποτέ να κάνει check out Ή λοιπόν αυτή ήταν η αποδεκτή κατανόηση έως ότου η θεωρία του Δρ. Και έξω από τον ορίζοντα εκδηλώσεων είναι ένας συνηθισμένος χώρος με κάποιες προειδοποιήσεις. Σκεφτείτε το με μερικά μπαχαρικά. Στον ορίζοντα του γεγονότος, η δύναμη της βαρύτητας από τη μαύρη τρύπα είναι τόσο ακραία που προκαλεί και μεγεθύνει τα κβαντικά αποτελέσματα.
Όλος ο χώρος - μέσα μας και γύρω μας στα άκρα του Σύμπαντος περιλαμβάνει ένα κβαντικό κενό. Παντού στο κβαντικό κενό του διαστήματος, εικονικά ζεύγη σωματιδίων εμφανίζονται και εξαφανίζονται. αφανίζει αμέσως ο ένας τον άλλον σε εξαιρετικά σύντομες χρονικές κλίμακες. Με τις ακραίες συνθήκες στον ορίζοντα του γεγονότος, πραγματοποιούνται ζεύγη εικονικών σωματιδίων και αντι-σωματιδίων, όπως ένα ηλεκτρόνιο και ένα ποζιτρόνιο. Αυτά που εμφανίζονται αρκετά κοντά στον ορίζοντα ενός γεγονότος μπορούν να έχουν ένα ή το άλλο εικονικό σωματίδιο να σφίγγεται από τη βαρύτητα των μαύρων οπών αφήνοντας μόνο ένα σωματίδιο το οποίο κατά συνέπεια είναι τώρα ελεύθερο να προστεθεί στην ακτινοβολία που προέρχεται από τη μαύρη τρύπα. η ακτινοβολία που στο σύνολό της είναι αυτό που οι αστρονόμοι μπορούν να χρησιμοποιήσουν για να ανιχνεύσουν την παρουσία μιας μαύρης τρύπας, αλλά να μην την παρατηρούν άμεσα. Είναι το αποσύνδεση εικονικών σωματιδίων από τη μαύρη τρύπα στον ορίζοντα γεγονότος που προκαλεί την ακτινοβολία Hawking η οποία από μόνη της αντιπροσωπεύει μια καθαρή απώλεια μάζας από τη μαύρη τρύπα.
Γιατί λοιπόν οι αστρονόμοι δεν αναζητούν απλώς στο διάστημα για την ακτινοβολία Hawking; Το πρόβλημα είναι ότι η ακτινοβολία είναι πολύ αδύναμη και κατακλύζεται από ακτινοβολία που παράγεται από πολλές άλλες φυσικές διεργασίες που περιβάλλουν τη μαύρη τρύπα με ένα δίσκο προσαύξησης. Η ακτινοβολία πνίγεται από τη χορωδία των ενεργητικών διεργασιών. Έτσι, η πιο άμεση δυνατότητα είναι να αναπαραγάγετε την ακτινοβολία Hawking χρησιμοποιώντας ένα ανάλογο. Ενώ η ακτινοβολία Hawking είναι ασθενής σε σύγκριση με τη μάζα και την ενέργεια μιας μαύρης τρύπας, η ακτινοβολία έχει ουσιαστικά όλη την ώρα στο Σύμπαν να απομακρύνει το μητρικό σώμα του.
Εδώ ήταν που η σύγκλιση της αυξανόμενης κατανόησης των μαύρων τρυπών οδήγησε στο έργο του Dr. Hawking. Οι θεωρητικοί, συμπεριλαμβανομένου του Hawking, συνειδητοποίησαν ότι παρά την κβαντική και βαρυτική θεωρία που είναι απαραίτητη για την περιγραφή μιας μαύρης τρύπας, οι μαύρες τρύπες συμπεριφέρονται επίσης σαν μαύρα σώματα. Κυβερνώνται από τη θερμοδυναμική και είναι σκλάβοι στην εντροπία. Η παραγωγή της ακτινοβολίας Hawking μπορεί να χαρακτηριστεί ως θερμοδυναμική διαδικασία και αυτό μας οδηγεί πίσω στους πειραματιστές. Άλλες θερμοδυναμικές διεργασίες θα μπορούσαν να χρησιμοποιηθούν για την αναπαραγωγή της εκπομπής αυτού του τύπου ακτινοβολίας.
Χρησιμοποιώντας το συμπύκνωμα Bose-Einstein σε ένα δοχείο, ο Steinhauer κατευθύνθηκε τις ακτίνες λέιζερ στο ευαίσθητο συμπύκνωμα για να δημιουργήσει έναν ορίζοντα γεγονότων. Επιπλέον, το πείραμά του δημιουργεί ηχητικά κύματα που παγιδεύονται μεταξύ δύο ορίων που καθορίζουν τον ορίζοντα του συμβάντος. Ο Steinhauer διαπίστωσε ότι τα ηχητικά κύματα στον ορίζοντα του αναλογικού συμβάντος ενισχύθηκαν όπως συμβαίνει στο φως σε μια κοινή κοιλότητα λέιζερ, αλλά και όπως προβλέπει η θεωρία του Dr. Hawking για τις μαύρες τρύπες. Το φως διαφεύγει από το λέιζερ που υπάρχει στον αναλογικό ορίζοντα γεγονότων. Ο Steinhauer εξηγεί ότι αυτό το φως που διαφεύγει αντιπροσωπεύει την πολυπόθητη ακτινοβολία Hawking.
Η δημοσίευση αυτού του έργου στη Φύση υποβλήθηκε σε σημαντική αξιολόγηση από ομοτίμους, αλλά από μόνη της δεν επικυρώνει τα ευρήματά του. Το έργο του Steinhauer θα αντέξει τώρα ακόμη μεγαλύτερο έλεγχο. Άλλοι θα προσπαθήσουν να αναπαραγάγουν το έργο του. Η οργάνωση του εργαστηρίου του είναι ένα ανάλογο και απομένει να επαληθευτεί ότι αυτό που παρατηρεί αντιπροσωπεύει πραγματικά την ακτινοβολία του Hawking.
Βιβλιογραφικές αναφορές:
«Παρατήρηση αυτο-ενισχυμένης ακτινοβολίας Hawking σε αναλογικό λέιζερ μαύρης τρύπας», Nature Physics, 12 Οκτωβρίου 2014
«Ακτινοβολία Hawking από Ultrashort Laser Pulse Filaments», F. Belgiorno, et al., Phys. Επιστολή, Σεπ 2010
«Εκρήξεις μαύρης τρύπας;», S. W. Hawking, et al., Nature, 01 Μαρτίου 1974
«The Quantum Mechanics of Black Holes», S. Hawking, Scientific American, Ιανουάριος 1977
