العائق الرئيسي أمام البحث في الفيزياء الأساسية هو عدم القدرة على الاختبار
ماذا توقع هوكينغ؟
في عام 1974، فاجأ ستيفن هوكينج الفيزيائيين في كل شيءالعالم، مشيرًا إلى أن قوة الجاذبية الشديدة عند آفاق الحدث للثقوب السوداء ستخلق جسيمات افتراضية. وسوف تنبعث منها حتى تنفد طاقتها وتتبخر تمامًا.
قبل أن يأتي هوكينج بثورتهمن الناحية النظرية، كانت الثقوب السوداء تعتبر أجسامًا سوداء مثالية لا يمكن لأي جسيمات الهروب منها. ومع ذلك، فإن الفيزيائي متأكد من أن لديهم إشعاعهم الخاص. إنها في الأساس عملية كمية من الإشعاع الحراري الذي تنبعث منه الثقوب السوداء تلقائيًا. وبالتالي فإن كتلة الثقوب السوداء وطاقتها الدورانية تتناقص تدريجياً. ونتيجة لذلك، فإنها قد تختفي تماما.
ما هو تأثير Unruh؟
تأثير الامتلاء Davis Unruh لأول مرةالمقترحة في السبعينيات. هذه واحدة من التنبؤات العديدة لنظرية المجال الكمي. ووفقا له، لا يوجد فراغ فارغ. في الواقع، أي "جيب" من الفضاء مملوء باهتزازات لا نهاية لها على المقياس الكمي. إذا تم إعطاؤها ما يكفي من الطاقة، فإنها "تنفجر" تلقائيًا إلى أزواج من الجسيمات والجسيمات المضادة، والتي تقضي على بعضها البعض على الفور تقريبًا. ووفقاً لهذه النظرية، فإن أي جسيم – سواء كان مادة أو ضوءاً – هو مجرد إثارة موضعية لهذا المجال الكمي.
ما لديهم من القواسم المشتركة؟
تأثير Unruh يسبب الفضاءيبدو أن الأجسام المتسارعة حول الأجسام المتسارعة مليئة بعشرات الجسيمات الافتراضية التي تمنحها توهجها. ولأنه يرتبط ارتباطًا وثيقًا بإشعاع هوكينج، حيث تظهر الجسيمات تلقائيًا عند حواف الثقوب السوداء، فقد سعى العلماء منذ فترة طويلة إلى اكتشاف أحدها على أنه إشارة إلى وجود الآخر. ولكن هذا من المستحيل القيام به. على أية حال، هذا ما اعتقده الفيزيائيون من قبل.
لماذا يصعب إثباتها؟
على غرار اختبار إشعاع هوكينجيتطلب وجود ثقب أسود، يتطلب تأثير أونروه تسارعات هائلة لإنتاج توهج يمكن رؤيته. وكان يُعتقد أنه ضعيف جدًا لدرجة أنه لا يمكن قياسه باستخدام التكنولوجيا الحديثة.
ووفقا لنظرية الكم، فإن الذرة الثابتة يمكنها ذلكتزيد طاقتها فقط عندما يثير الفوتون الحقيقي أحد إلكتروناته. ومع ذلك، بالنسبة للذرة المتسارعة، يمكن لتقلبات المجال الكمي أن "تبدو" مثل الفوتونات الحقيقية. ومن "وجهة نظره" فإنه سيتحرك عبر مجموعة من جزيئات الضوء الدافئة التي تعمل على تسخين الذرة. قد يكون هذا الدفء علامة واضحة على تأثير أونروه.
المشكلة هي ما هو التسارع الذي يجب الحصول عليهمستحيل حتى في مصادم الهادرونات الكبير. يجب أن تتسارع الذرة إلى سرعة الضوء في أقل من جزء من المليون من الثانية ، بينما تتعرض لقوة تبلغ كوادريليون متر في الثانية المربعة ، من أجل إعطاء ضوء كافٍ تكتشفه أجهزة الكشف الحديثة.
بكلمات بسيطة ، لرؤية هذا التأثير وراءفترة قصيرة من الزمن ، كل ما تحتاجه هو تسريع مذهل. إذا استخدمنا السرعات المتاحة للبشرية ، فسنضطر إلى الانتظار وقتًا أطول من وجود الكون.
ما هي التجربة التي توصل إليها العلماء؟
ومع ذلك ، اكتشف الفيزيائيون كيفية التجربةتأثير Unruh باستخدام أشعة الليزر عالية الكثافة. اتضح أنهم إذا عملوا على جسيم متسارع ، فإن التأثير سيزداد بدرجة كبيرة بحيث يمكن قياسه. اكتشف العلماء أيضًا أنه من الممكن جعل المادة المتسارعة شفافة من خلال موازنة تسارع وتباطؤ الجسيمات بدقة.
كيف ستعمل؟
تصبح التقلبات الكمومية كثيفةبفضل الفوتونات. وهذا يعني أن الذرة التي تُجبر على التحرك في الفراغ تحت تأثير ضوء الليزر عالي الكثافة يمكن نظريًا أن تسبب تأثير أونروه حتى عند تسارعات منخفضة إلى حد ما، والمشكلة هي أن الذرة يمكن أيضًا أن تتفاعل مع ضوء الليزر، وتمتصه، وبالتالي زيادة مستوى الطاقة لديه. الحرارة المتولدة سوف تخفف في النهاية من تأثير أونروه.
لكن علماء الفيزياء توصلوا إلى حل للقيام بهالفوتونات غير مرئية. إذا اضطرت الذرة إلى "الخوض" في مجال من الفوتونات، فقد لا "ترى" فوتونات ذات تردد معين، مما يجعلها غير مرئية عمليًا للذرة. وفي نهاية المطاف، ومن خلال الجمع بين كل هذه الحلول بشكل تسلسلي، سيتمكن العلماء من اختبار تأثير أونروه عند تردد معين من الضوء.
ما هو الحد الأدنى؟
إن إحياء التجربة لن يكون بالأمر السهل. سيقوم العلماء ببناء معجل جسيمات معمليًا يعمل على تسريع الإلكترون إلى سرعة الضوء عن طريق إشعاعه باستخدام شعاع الموجات الدقيقة. إذا اكتشفوا التأثير، فسيجرون تجارب عليه ستجد صلة بين نظرية أينشتاين حول النسبية وميكانيكا الكم. هذه واحدة من أكبر المشاكل في الفيزياء. بالإضافة إلى ذلك، من خلال مراقبة تأثير أونروه، سيؤكد العلماء صحة هوكينج فيما يتعلق بالثقوب السوداء.
قراءة المزيد:
"هذا خيال علمي": ابتكر العلماء نوعًا جديدًا جوهريًا من أجهزة الكمبيوتر الكمومية
تم إنشاء كمبيوتر كمي فائق السرعة ينفذ عملية في 6.5 نانوثانية
ما هي الجينات الفائقة وكيف تجعل الحيوانات غريبة جدًا