قدم الدكتور ستيفن هوكينج نظرية مزعجة في عام 1974 ادعت أن الثقوب السوداء تتبخر. الآن ، بعد 40 عامًا ، أعلن أحد الباحثين عن إنشاء محاكاة لإشعاع هوكينغ في بيئة معملية.
جاءت إمكانية وجود ثقب أسود من نظرية النسبية العامة لأينشتاين. كان كارل شوارزشيلد في عام 1916 أول من أدرك إمكانية وجود تفرد جاذبي بحد يحيط به لا يمكن للضوء أو المادة دخوله.
في هذا الشهر ، يصف جيف شتاينهاور من معهد التخنيون - إسرائيل للتكنولوجيا ، في ورقته ، "مراقبة إشعاع هوكينغ المتضخم في ليزر الثقب الأسود التناظري" في مجلة نيتشر ، كيف ابتكر أفق حدث تناظري باستخدام مادة تبريده إلى ما يقرب من الصفر المطلق واستخدام الليزر كان قادرا على الكشف عن انبعاث أشعة هوكينج. هل يمكن أن يكون هذا أول دليل صحيح على وجود إشعاع هوكينج وبالتالي ختم مصير جميع الثقوب السوداء؟
هذه ليست المحاولة الأولى لإنشاء نظير إشعاعي Hawking في المختبر. في عام 2010 ، تم إنشاء نظير من كتلة زجاجية ، ليزر ، مرايا وكاشف مبرد (Phys. Rev. Letter ، سبتمبر 2010) ؛ لا دخان يرافق المرايا. أدى النبض القصير للغاية لضوء الليزر الشديد الذي يمر عبر الزجاج إلى حدوث اضطراب في مؤشر الانكسار (RIP) والذي كان بمثابة أفق حدث. شوهد ضوء ينبعث من RIP. ومع ذلك ، فإن النتائج التي قدمها F. Belgiorno et al. لا تزال مثيرة للجدل. لا يزال هناك ما يبرر المزيد من التجارب.
أحدث محاولة لتكرار إشعاع هوكينج بواسطة Steinhauer تأخذ نهجًا أكثر تقنية. يقوم بإنشاء مكثف بوز-آينشتاين ، وهي حالة غريبة من المادة عند درجة حرارة صفر تقريبًا. تعمل الحدود التي تم إنشاؤها داخل المكثف بمثابة أفق حدث. ومع ذلك ، قبل الخوض في مزيد من التفاصيل ، دعونا نتراجع خطوة وننظر في ما يحاول Steinhauer وآخرون تكراره.
تبدأ وصفة صنع إشعاع هوكينج بثقب أسود. سوف تفعل أي حجم الثقب الأسود. تنص نظرية هوكينج على أن الثقوب السوداء الأصغر حجمًا ستشع بسرعة أكبر من الثقوب الأكبر ، وفي حالة عدم سقوط المادة فيها ، فإن "التراكم" سوف "يتبخر" بشكل أسرع. يمكن أن تستغرق الثقوب السوداء العملاقة أكثر من مليون مرة من عمر الكون الحالي لتبخر عن طريق إشعاع هوكينج. مثل الإطارات ذات التسرب البطيء ، ستصل بك معظم الثقوب السوداء إلى أقرب محطة إصلاح.
لذلك لديك ثقب أسود. لديها أفق الحدث. يُعرف هذا الأفق أيضًا باسم نصف قطر Schwarzchild. لا يمكن للضوء أو فحص المادة في أفق الحدث التحقق أبدًا. أو هكذا كان هذا الفهم المقبول حتى قلبته نظرية الدكتور هوكينج. وخارج أفق الحدث هو مساحة عادية مع بعض المحاذير. اعتبره مع إضافة بعض التوابل. في أفق الحدث ، تكون قوة الجاذبية من الثقب الأسود شديدة للغاية بحيث تحفز وتضخم التأثيرات الكمية.
كل الفضاء - داخلنا ومحيطنا بأطراف الكون يتضمن فراغًا كميًا. في كل مكان في الفراغ الكمي في الفضاء ، تظهر أزواج الجسيمات الافتراضية وتختفي ؛ إبادة بعضهم البعض على الفور على نطاقات زمنية قصيرة للغاية. مع الظروف القاسية في أفق الحدث ، تتحقق أزواج الجسيمات الافتراضية والمضادة للجسيمات ، مثل الإلكترون والبوزيترون. يمكن لتلك التي تبدو قريبة بما يكفي من أفق حدث أن يكون لها جسيم افتراضي واحد أو آخر ينطلق من جاذبية الثقوب السوداء تاركًا جسيمًا واحدًا فقط وبالتالي أصبح الآن مجانيًا للإشعاع المنبعث من حول الثقب الأسود ؛ الإشعاع الذي يمكن أن يستخدمه علماء الفلك ككل للكشف عن وجود ثقب أسود ولكن ليس مراقبته مباشرة. انها تقشير من الجسيمات الافتراضية بواسطة الثقب الأسود في أفق الحدث الذي يسبب إشعاع هوكينج الذي يمثل في حد ذاته خسارة صافية للكتلة من الثقب الأسود.
فلماذا لا يبحث الفلكيون فقط في الفضاء عن إشعاع هوكينغ؟ تكمن المشكلة في أن الإشعاع ضعيف للغاية ويطغى عليه الإشعاع الناتج عن العديد من العمليات الفيزيائية الأخرى المحيطة بالثقب الأسود مع قرص تنامي. يغرق الإشعاع من خلال جوقة العمليات النشطة. لذا فإن الاحتمال الأكثر فورية هو تكرار إشعاع هوكينج باستخدام نظير. في حين أن إشعاع هوكينج ضعيف مقارنةً بكتلة وطاقة الثقب الأسود ، فإن الإشعاع يحتوي في جميع الأوقات في الكون على كل شيء لجسمه الأصلي.
هذا هو المكان الذي أدى فيه التقارب بين الفهم المتزايد للثقوب السوداء إلى العمل الأساسي للدكتور هوكينج. أدرك المنظرون بمن فيهم هوكينج أنه على الرغم من نظرية الكم والجاذبية اللازمة لوصف الثقب الأسود ، فإن الثقوب السوداء تتصرف أيضًا مثل الأجسام السوداء. يحكمهم الديناميكا الحرارية وهم عبيد للإنتروبيا. يمكن وصف إنتاج إشعاع هوكينج بأنه عملية ديناميكية حرارية وهذا ما يقودنا إلى التجريب. يمكن استخدام العمليات الديناميكية الحرارية الأخرى لتكرار انبعاث هذا النوع من الإشعاع.
باستخدام مكثف Bose-Einstein في وعاء ، وجه Steinhauer أشعة الليزر إلى المكثف الدقيق لإنشاء أفق حدث. علاوة على ذلك ، تخلق تجربته موجات صوتية تصبح محاصرة بين حدين يحددان أفق الحدث. وجد شتاينهاور أن الموجات الصوتية في أفق الحدث التناظري تم تضخيمها كما يحدث للضوء في تجويف ليزر مشترك ولكن أيضًا كما تنبأت به نظرية الدكتور هوكينج عن الثقوب السوداء. يهرب الضوء من الليزر الموجود في أفق الحدث التناظري. يوضح Steinhauer أن هذا الضوء الهروب يمثل إشعاع هوكينغ الذي طال انتظاره.
خضع نشر هذا العمل في Nature إلى مراجعة أقران كبيرة ليتم قبوله ولكن هذا وحده لا يثبت صحة نتائجه. سوف يتحمل عمل Steinhauer الآن تدقيقًا أكبر. سيحاول آخرون تكرار عمله. إن إعداد مختبره تماثلي ولا يزال يتعين التحقق من أن ما يلاحظه يمثل حقًا إشعاع هوكينغ.
المراجع:
"رصد إشعاع هوكينغ التضخيم الذاتي في ليزر الثقب الأسود التماثلي" ، فيزياء الطبيعة ، 12 أكتوبر 2014
"إشعاع هوكينغ من خيوط نبضات الليزر فائقة القصر" ، F. Belgiorno، et al.، Phys. رسالة ، سبتمبر 2010
"انفجارات الثقب الأسود؟" ، S. W. Hawking ، وآخرون ، الطبيعة ، 01 مارس 1974
"ميكانيكا الكم للثقوب السوداء" ، S. Hawking ، مجلة Scientific American ، يناير 1977
