1974 m. Dr. Stephenas Hawkingas pateikė nerimą keliančią teoriją, kurioje teigiama, kad juodosios skylės išgaruoja. Dabar, praėjus 40 metų, tyrėjas paskelbė, kad laboratorijoje sukurtas Hawkingo radiacijos modeliavimas.
Juodosios skylės galimybė atsirado iš Einšteino bendrojo reliatyvumo teorijos. 1916 m. Karlas Schwarzchildas pirmasis suvokė gravitacinio išskirtinumo galimybę su aplinkine riba, per kurią negali išeiti šviesa ar materija.
Šį mėnesį Jeffas Steinhaueris iš Izraelio technologijos instituto „Technion“ aprašė savo žurnale „Savarankiškai stiprinančio Hawkingo radiacijos stebėjimas analoginiame juodųjų skylių lazeryje“, kaip jis sukūrė analoginį įvykio horizontą, naudodamas medžiagą. atšaldytas iki beveik absoliutaus nulio ir naudojant lazerius pavyko aptikti Hawkingo spinduliuotę. Ar tai gali būti pirmasis patikimas Hawkingo radiacijos egzistavimo įrodymas ir dėl to užklijuoti visų juodųjų skylių likimą?
Tai nėra pirmas bandymas laboratorijoje sukurti Hawkingo radiacijos analogą. 2010 m. Analogas buvo sukurtas iš stiklo bloko, lazerio, veidrodžių ir atšaldyto detektoriaus (Phys. Rev. Letter, 2010 rugsėjis); be veidrodžių nebuvo dūmų. Per stiklą sklindantis labai trumpas intensyvios lazerio šviesos impulsas sukėlė lūžio rodiklio pertraukimą (RIP), kuris veikė kaip įvykio horizontas. Buvo matoma šviesa, sklindanti iš PTL. Nepaisant to, F. Belgiorno ir kt. išlikti prieštaringi. Daugiau eksperimentų vis tiek buvo pateisinama.
Naujausias Steinhauerio bandymas atkartoti Hawkingo radiaciją pasirenka labiau aukštųjų technologijų požiūrį. Jis sukuria Bose-Einšteino kondensatą, egzotinę materijos būseną labai artimoje absoliučiai nulinei temperatūrai. Kondensato ribos sukuriamos kaip įvykio horizontas. Tačiau prieš gilindamiesi į detales, pažvelkime atgal ir pagalvokime, ką bando atkartoti Steinhaueris ir kiti.
Hawkingo radiacijos gaminimo receptas prasideda nuo juodosios skylės. Bet kokio dydžio juodoji skylė padarys. Hawkingo teorija teigia, kad mažesnės juodosios skylės greičiau spinduliuos nei didesnės ir, jei į jas nepatektų medžiagų, akrecija „išgaruotų“ daug greičiau. Milžiniškos juodosios skylės gali užtrukti ilgiau nei milijoną kartų, palyginti su dabartiniu Visatos amžiumi, kad išgaruotų Hawkingo radiacija. Kaip padangos, kurių nuotėkis lėtas, dauguma juodųjų skylių patektų į artimiausią remonto punktą.
Taigi jūs turite juodąją skylę. Jame yra įvykių horizontas. Šis horizontas taip pat žinomas kaip Schwarzchildo spindulys; šviesos ar materijos patekimas į įvykio horizontą niekada negali būti patikrintas. Arba toks buvo priimtas supratimas, kol dr. Hawkingo teorija to nepaisė. O už įvykio horizonto yra įprasta erdvė su keletu įspėjimų; apsvarstykite jį su kai kuriais prieskoniais. Įvykio horizonte sunkioji jėga iš juodosios skylės yra tokia ekstremali, kad ji sukelia ir padidina kvantinį efektą.
Visą erdvę - mumyse ir mus supančiuose Visatos galuose apima kvantinis vakuumas. Visur kosminiame kvantiniame vakuume atsiranda ir išnyksta virtualių dalelių poros; tuoj pat sunaikindami vienas kitą ypač trumpais laiko tarpais. Esant ekstremalioms sąlygoms įvykio horizonte, materializuojasi virtualios dalelių ir antidalelių poros, tokios kaip elektronas ir pozitronas. Tos, kurios atrodo pakankamai arti įvykio horizonto, gali turėti vieną ar kitą virtualią dalelę, padidintą iki juodųjų skylių gravitacijos, paliekant tik vieną dalelę, kuri dabar gali laisvai pridėti radiaciją, sklindančią iš juodosios skylės; radiacija, kurią astronomai gali naudoti aptikdami juodąją skylę, bet tiesiogiai jos nepastebėję. Tai yra nesusiejimas virtualių dalelių prie juodosios skylės jos įvykio horizonte, kuri sukelia Hawkingo radiaciją, kuri pati savaime reiškia grynuosius masės nuostolius iš juodosios skylės.
Taigi kodėl astronomai neieško kosmose tik Hawkingo radiacijos? Problema ta, kad radiacija yra labai silpna ir ją užklumpa radiacija, kurią sukelia daugybė kitų fizinių procesų, supančių juodąją skylę su kaupimosi disku. Spinduliuotę užgožia energetinių procesų choras. Taigi artimiausia galimybė yra atkartoti Hawkingo radiaciją naudojant analogą. Nors Hawkingo spinduliuotė yra silpna, palyginti su juodosios skylės mase ir energija, radiacija iš esmės visą laiką turi sklisti savo pagrindiniame kūne.
Štai kur augančio juodųjų skylių supratimo suartėjimas paskatino dr. Hawkingo pagrindinį darbą. Teoretikai, įskaitant Hawkingą, suprato, kad nepaisant kvantinės ir gravitacinės teorijos, kuri būtina apibūdinti juodąją skylę, juodosios skylės taip pat elgiasi kaip juodieji kūnai. Juos valdo termodinamika ir yra entropijos vergai. Hawkingo spinduliuotės išsiskyrimą galima apibūdinti kaip termodinaminį procesą ir būtent tai mus veda atgal į eksperimentus. Tokio tipo spinduliuotės atkartojimui gali būti naudojami kiti termodinaminiai procesai.
Naudodamas Bose-Einšteino kondensatą inde, Steinhaueris nukreipė lazerio spindulius į subtilų kondensatą, kad būtų sukurtas įvykio horizontas. Be to, jo eksperimentas sukuria garso bangas, įstrigusias tarp dviejų ribų, apibrėžiančių įvykio horizontą. Steinhaueris nustatė, kad garso bangos jo analoginio įvykio horizonte buvo sustiprintos, kaip tai nutinka šviesai bendroje lazerio ertmėje, bet taip pat, kaip numatė daktaro Hawkingo juodųjų skylių teorija. Šviesa sklinda iš analoginio įvykio horizonto esančio lazerio. Steinhaueris paaiškina, kad ši sklindanti šviesa atspindi ilgai ieškotą Hawkingo radiaciją.
Buvo paskelbtas didelis šio darbo publikavimas „Nature“ recenzijoje, kuriam buvo pritarta, tačiau vien tai nepatvirtina jo išvadų. Steinhauerio darbas dabar atlaikys dar didesnį patikrinimą. Kiti bandys dubliuoti jo darbą. Jo laboratorijos sąranka yra analogas ir belieka įsitikinti, ar tai, ką jis stebi, tikrai atspindi Hawkingo radiaciją.
Nuorodos:
„Savaime stiprinančio Hawkingo radiacijos stebėjimas analoginiame juodųjų skylių lazeryje“, Gamtos fizika, 2014 m. Spalio 12 d
„Stebėtina ultragarsinių lazerio impulsų pluošto spinduliuotė“, F. Belgiorno ir kt., Phys. Laiškas, 2010 m. Rugsėjo mėn
„Juodosios skylės sprogimai?“, S. W. Hawking ir kt., Gamta, 1974 m. Kovo 1 d
„Juodųjų skylių kvantinė mechanika“, S. Hawkingas, mokslinis amerikietis, 1977 m. Sausio mėn
