Skotlannin St. Andrews -yliopiston tutkijat väittävät löytäneensä tavan simuloida mustan aukon tapahtumahorisonttia - ei uuden kosmisen havainnointitekniikan avulla, eikä suuritehoisen supertietokoneen avulla ... vaan laboratoriossa. Käyttämällä lasereita, optisen kuidun pituutta ja tietystä omituisesta kvanttimekaniikasta riippuen, voidaan luoda "singulaarisuus" laserin aallonpituuden muuttamiseksi syntetisoimalla tapahtumahorisontin vaikutukset. Jos tämä kokeilu voi tuottaa tapahtumahorisontin, Hawkingin säteilyn teoreettinen ilmiö voidaan testata, mikä antaa ehkä Stephen Hawkingille parhaan mahdollisuuden voittaa Nobel-palkinto.
Joten miten voit luoda mustan aukon? Kosmoksessa mustia reikiä syntyy massiivisten tähtien romahtamisen myötä. Tähden massa romahtaa yhteen pisteeseen (polttoaineen loppumisen ja supernovan läpikäynnin jälkeen) vartaloon vaikuttavien massiivisten painovoimien takia. Jos tähti ylittää tietyn massarajan (ts Chandrasekhar -raja - Enimmäismäärä, jolla tähden massa ei pysty tukemaan sen rakennetta painovoimaa vasten), se romahtaa erilliseksi pisteeksi (singulaarisuus). Avaruus-aika on niin vääntynyt, että kaikki paikallinen energia (aine ja säteily) kuuluu erikoisuuteen. Etäisyys singulaarisuudesta, jolla edes valo ei pääse painovoiman vetämiseen, tunnetaan nimellä tapahtumahorisontti. Yläkehän atmosfääriin vaikuttavat kosmisten säteilyjen aiheuttamat korkean energian hiukkasten törmäykset voivat tuottaa mikromustareikoja (MBH). Suuri hadronikoppuri (CERN: ssä, lähellä Geneveä, Sveitsi) voi myös kyetä tuottamaan törmäyksiä, jotka ovat riittävän energisiä MBH: ien luomiseen. Mielenkiintoista, että jos LHC pystyy tuottamaan MBH: ita, Stephen Hawkingin teoria "Hawkingin säteilystä" voidaan todistaa, jos luodut MBH: t haihtuvat melkein heti.
Hawking ennustaa mustien reikien lähettävän säteilyä. Tämä teoria on paradoksaalinen, koska mikään säteily ei pääse pakenemaan mustan aukon tapahtumahorisonttia. Hawking kuitenkin teoretikoi, että kvantidynamiikan kieroutumisen vuoksi mustia reikiä voida tuottaa säteilyä.
Yksinkertaisesti sanottuna, maailmankaikkeus mahdollistaa hiukkasten luomisen tyhjiössä, "lainaten" energiaa ympäristöstään. Energiatasapainon säilyttämiseksi hiukkas ja sen hiukkaset voivat elää vain lyhyen ajan, palauttamalla lainatun energian erittäin nopeasti tuhoamalla toistensa kanssa. Niin kauan kuin niitä esiintyy ja poistuu olemassaolosta kvantti-määräajassa, niitä pidetään ”virtuaalisina hiukkasina”. Tuhoamiseen luomisella on netto nollaenergiaa.
Tilanne kuitenkin muuttuu, jos tämä partikkelipari luodaan mustan aukon tapahtumahorisontissa tai lähellä sitä. Jos yksi virtuaaliparista putoaa mustaan aukkoon ja sen kumppani poistuu pois tapahtumahorisontista, he eivät voi hävitä. Molemmista virtuaalisista hiukkasista tulee "todellisia", jolloin karkaava hiukkanen kuljettaa energiaa ja massaa pois mustasta reiästä (loukussa olevan hiukkasen voidaan katsoa olevan negatiivinen massa, mikä vähentää mustan aukon massaa). Näin Hawkingin säteily ennustaa mustien reikien "haihtumisen", koska massa häviää tälle kvanttipudotukselle tapahtumahorisontissa. Hawking ennustaa, että mustat aukot haihtuvat vähitellen ja häviävät, ja tämä vaikutus on näkyvin pienissä mustissa aukkoissa ja MBH: issa.
Joten… takaisin St. Andrews -laboratoriomme ...
Professori Ulf Leonhardt toivoo luovansa mustan aukon tapahtumahorisontin olosuhteet laserpulsseilla, mahdollisesti luomalla ensimmäisen suoran kokeen Hawkingin säteilyn testaamiseksi. Leonhardt on asiantuntija ”kvantti-katastrofeissa” - vaiheessa, jossa aaltofysiikka hajoaa luomalla singulaarisuuden. Äskettäisessä Lontoossa pidetyssä ”Cosmology Meets Condensed Matter” -kokouksessa Leonhardtin joukkue ilmoitti menetelmästään simuloida yhtä tapahtumahorisonttiympäristön avainkomponenteista.
Valo kulkee materiaalien läpi eri nopeuksilla, riippuen niiden aalto-ominaisuuksista. St. Andrews -ryhmä käyttää kahta lasersätettä, yksi hidas, toinen nopeasti. Ensin hidas etenevä pulssi lasketaan alas optisesta kuidusta, jota seuraa nopeampi pulssi. Nopeamman pulssin pitäisi "tarttua" hitaampaan pulssiin. Koska hidas pulssi kulkee väliaineen läpi, se muuttaa kuidun optisia ominaisuuksia aiheuttaen nopean pulssin hidastamisen. Näin tapahtuu valolle, kun se yrittää paeta tapahtumahorisontista - sitä hidastetaan niin paljon, että se jää loukkuun.
“Osoitamme teoreettisilla laskelmilla, että tällainen järjestelmä pystyy koettamaan horisontin, erityisesti Hawkingin säteilyn, kvanttivaikutuksia.” - St. Andrews -ryhmän tulevasta julkaisusta.
Kahden laserpulssin vaikutukset toisiinsa fysiikan jäljittelemiseksi tapahtumahorisontissa kuulostavat oudolta, mutta tämä uusi tutkimus voi auttaa meitä ymmärtämään, syntyykö MBH: itä LHC: ssä, ja voivat työntää Stephen Hawkingia hiukan lähemmäksi ansaittua Nobel-palkintoa.
Lähde: Telegraph.co.uk
