Znanost

Črna luknja, ki se je pojavila v laboratoriju, počne iste čudne stvari, za katere je mislil Stephen Hawking

2024

Ko nekaj raztrga fiziko, preideš v kvantni realm, kraj, kjer živijo črne luknje, črvine in druge stvari, ki so bile zvezde številnih znanstvenofantastičnih filmov. To, kar živi na kvantnem področju, (še ni dokazano) obstaja ali se obnaša čudno, če obstaja.

Črne luknje se pogosto podajo v to področje. Ker je teh zrušenih zvezd - vsaj večina jih je - nemogoče vleteti v vesoljsko plovilo (razen če ga nikoli več ne želite videti), se je en fizik odločil, da je najboljši način, da se jim približate pod dobesednim mikroskopom. Jeff Steinhauer je želel vedeti, ali črne luknje sevajo delce, kot bi teoretiziral pokojni Stephen Hawking. Ker eden od teh leviatanov nikoli ne bi bil primeren v laboratoriju, sta skupaj s svojo raziskovalno skupino ustvarila enega tukaj na Zemlji.

Moramo razumeti, kako vidimo, kako zvočni valovi Hawkingovega sevanja padajo in prihajajo, Steinhauer, ki je bil soavtor študije, ki je bila nedavno objavljena v Fizika narave , povedal SYFY WIRE. Biti morajo zelo majhni. Videti to sevanje iz prave črne luknje je prešibko in bi ga drugi viri sevanja popolnoma premočili, zato ga želimo videti v analognem sistemu.

Ta analog črne luknje je bil bolj cev v nasprotju s spektakularnimi vrtinčnimi stvarmi, ki jih lahko vidite na slikah NASA, kot je zgornja. Kakorkoli že, svetlobna oddaja okoli takšnih pošasti črnih lukenj je v resnici samo ves prah in plin ter druge zvezdne stvari, ki jih požre. Steinhauerjevi ekipi ni bilo treba za celoto akrecijski disk . Želeli so samo videti, ali je eden izmed kvantno zapletenih delcev, ki so šli na rob obzorje dogodkov bi pobegnil, kot je napovedal Hawking. Kvantna prepletenost pomeni, da se bosta dva delca obnašala popolnoma enako, ne glede na to, kje v času in prostoru sta.

Stephen Hawking, ki je teoretiziral, da črne luknje sevajo fotone nazaj v vesolje. Zasluge: Frederick M. Brown/Getty Images

Ko gre eden od parov zapletenih delcev predaleč in preide obzorje dogodkov, drugemu pa uspe ostati na robu točke brez povratka, se bo sčasoma seval nazaj v vesolje. To je Hawkingovo sevanje. V analogni črni luknji iz rubidija plin, so raziskovalci zvočne valove nadomestili s svetlobnimi valovi, ki jih črne luknje pojedo v vesolju, ker atomi rubidija povečajo hitreje od hitrosti zvoka, zato noben zvočni val, ki doseže obzorje dogodkov, ne more uiti. Vendar bi bil drugi zapleteni zvočni val zunaj obzorja dogodkov, kjer je bil pretok plina veliko počasnejši in se je lahko premikal.

Morali smo iskati nekaj, kar je povezano znotraj in zunaj črne luknje, je dejal Steinhauer. Vsakič, ko je znotraj črne luknje nekaj valov, je val zunaj črne luknje in to je bilo treba ponoviti tisočekrat. Neprestano morate iskati val v notranjosti in hkrati izhajati val.

Ker bi jo kamera, ki je fotografirala analogno črno luknjo, v trenutku uničila, je bilo treba analog znova in znova ustvarjati. Vsak od teh je bil dolg približno 0,1 milimetra in je sestavljen iz približno 8000 atomov. Samo za predstavo, kako neverjetno majhno je to, da ima obdobje na koncu tega stavka vsaj milijardo atomov. Vsakič, ko je bil ustvarjen nov analog, je morala ekipa najti pare zvočnih valov, pri katerih se je en val gibal proti enakomernemu obzorju, drugi pa že mimo njega. Rubidij plin teče hitreje kot hitrost zvoka , tako da je preprečil izbruh enega od teh zvočnih valov, tako kot drobljiva gravitacija črne luknje v vesolju pomeni skorajšnjo pogubo.

Ponovno fotografiranje je dokazalo, da Hawkingovo sevanje ostaja konstantno. Ekipa je potrebovala toliko podatkov, da je našla dovolj korelacij med tem, kako so se obnašali vsi ti pari zvočnih valov. Izkazalo se je, da so vsakič naredili isto, zato je imel Hawking prav. Vsaj ta poskus mu je pokazal prav. Dokler ne najdemo načina za preučevanje črnih lukenj v vesolju s teleskopom, ki je tehnološko naprednejši, kot si sploh lahko predstavljamo, bodo morale teoretske študije, kot je Hawkingova, podkrepiti, ali se bo to verjetno zgodilo v resničnih črnih luknjah. Steinhauer želi iti dlje, kot v kvantna gravitacija .

Rad bi presegel Hawkingov izračun in upošteval kvantno gravitacijo, je dejal. Po splošni teoriji relativnosti lahko ugotovite, kakšna je gravitacija, če veste, kako masivno je telo. Kvantna gravitacija ima naključje kot vsak kvantno mehanski sistem. Prav tako želim videti, kako je Hawkingovo sevanje analogno stvarem, kot so molekule zraka, ki razpršijo zvok.

Čudnost črnih lukenj in kaj bi lahko pomenile za vesolje -čas, se v resnici nikoli ne konča.