كيف تعمل الثقوب السوداء؟
الثقوب السوداء هي مناطق في الفضاء تكون فيها الجاذبية قوية جدًا. علاوة على ذلك
إشعاع هوكينج في ثقب أسود عادييظهر عندما يظهر زوج من الجسيمات الافتراضية في أفق الحدث، والذي يتحول إلى زوج من الجسيمات والجسيمات المضادة. في هذه الحالة، يقع جسيم واحد وراء الأفق، والآخر يطير بعيدا.
ماذا توقع هوكينغ؟
تنبأ الفيزيائي النظري ستيفن هوكينج:على الرغم من أنه لا يوجد شيء يمكن أن يترك الثقوب السوداء ، إلا أنها تصدر بنفسها كمية محدودة من الضوء تلقائيًا. ومن المعروف باسم إشعاع هوكينغ. وفقًا لتوقعات الفيزيائي ، فإن هذا الإشعاع تلقائي (أي أنه ينشأ من لا شيء) وثابت (أي أن شدته لا تتغير كثيرًا بمرور الوقت).
إشعاع هوكينج هو الحجة الرئيسية للعلماءفيما يتعلق بتحلل (تبخر) الثقوب السوداء الصغيرة، والتي يمكن أن تنشأ نظريًا أثناء التجارب في LHC – مصادم الهادرونات الكبير. وهذا التأثير هو أساس فكرة المفاعل المفرد، وهو جهاز للحصول على الطاقة من الثقب الأسود باستخدام إشعاع هوكينج.
المؤلف: ماكسيميليان برايس، CERN — خادم المستندات CERN، CC BY-SA 3.0
V. Gribov في مناقشة مع Ya.أصر زيلدوفيتش على أنه بفضل النفق الكمي، يجب أن تبعث الثقوب السوداء جسيمات. حتى قبل نشر عمله، زار هوكينج موسكو في عام 1973، حيث التقى بالعلماء السوفييت ياكوف زيلدوفيتش وأليكسي ستاروبينسكي. لقد أثبتوا لهوكينج أنه وفقًا لمبدأ عدم اليقين في ميكانيكا الكم، فإن الثقوب السوداء الدوارة يجب أن تولد وتصدر الجسيمات.
وفقًا لتوقعات هوكينج ، فإن إشعاع الأسودالحفرة عفوية. في دراستهم الجديدة ، شرع العلماء في اكتشاف ما إذا كان الإشعاع المنبعث من الثقب الأسود ثابتًا أيضًا (أي ما إذا كان ثابتًا بمرور الوقت).
ماذا اكتشف العلماء؟
باحثون في Israel Technologicalأجرى معهد التخنيون مؤخرًا بحثًا يهدف إلى اختبار تنبؤات هوكينغ النظرية. على وجه الخصوص ، درسوا ما إذا كان ما يعادل إشعاع هوكينغ في "ثقب أسود اصطناعي" تم إنشاؤه في ظروف المختبر ثابتًا.
إذا ذهبت داخل أفق الحدث، فلن تفعل ذلكيمكنك الخروج من هنا حتى لو كان هناك ضوء. يبدأ إشعاع هوكينج خلف أفق الحدث مباشرة، حيث بالكاد يتمكن الضوء من الهروب. إنه أمر غريب حقًا لأنه لا يوجد شيء هناك؛ هذه مساحة فارغة. لكن هذا الإشعاع يبدأ من لا شيء، ويخرج ويذهب إلى الأرض.
جيف ستاينهاور، أحد الباحثين في مقابلة مع ScienceX
كيف أنشأ العلماء ثقبًا أسودًا صناعيًا؟
ثقب أسود اصطناعي صنعه الإسرائيليونيبلغ طول العلماء حوالي 0.1 مم وتم صنعه من غاز يتكون من 8000 ذرة من الروبيديوم. هذا عدد قليل نسبيًا من الذرات. في كل مرة صورها الباحثون ، انهار الثقب الأسود. وبالتالي ، من أجل مراقبة تطوره بمرور الوقت ، كان عليهم إنشاء ثقب أسود ، وتصويره ، ثم إنشاء ثقب آخر. تكررت هذه العملية عدة مرات على مدار شهور.
ثقب أسود تمثيلي أنشأه باحثون. الائتمان: كولوبوف وآخرون.
إشعاع هوكينغ المنبعث من هذا التناظريةالثقب الأسود ، يتكون من موجات صوتية وليس ضوء. تتحرك ذرات الروبيديوم أسرع من سرعة الصوت ، لذلك لا يمكن للموجات الصوتية أن تصل إلى أفق الحدث وتهرب من الثقب الأسود. ومع ذلك ، خارج أفق الحدث ، يتدفق الغاز ببطء ، لذلك يمكن للموجات الصوتية أن تتحرك بحرية.
يتدفق الروبيديوم بسرعة ، أسرع من سرعة الصوت ، وهذا يعني أن الصوت لا يمكن أن يتعارض مع التيار. لنفترض أن شخصًا ما يحاول السباحة عكس التيار. إذا كان هذا التيار أسرع مما هو قادر على السباحة ، فمن المستحيل المضي قدمًا. يتم دفع السباح باستمرار للخلف - فالتيار يتحرك بسرعة كبيرة وفي الاتجاه المعاكس. نتيجة لذلك ، يعلق الشخص في مكان واحد. هذا ما يعنيه أن تكون عالقًا في ثقب أسود ومحاولة الوصول إلى أفق الحدث من الداخل.
يتكون إشعاع هوكينج من أزواج من الفوتونات (أي إشعاع هوكينج).جسيمات الضوء): يخرج أحدها من الثقب الأسود، ويعود الآخر إليه. وفي محاولة للتعرف على إشعاع هوكينج المنبعث من ثقب أسود تناظري، بحث العلماء عن أزواج متشابهة من الموجات الصوتية، واحدة تخرج من الثقب الأسود والأخرى تتحرك داخله. وبمجرد تحديد هذه الأزواج من الموجات الصوتية، حاول الباحثون تحديد ما إذا كانت هناك علاقات ارتباطية بينهم. كرر الفيزيائيون تجربتهم 97000 مرة، أي 124 يومًا من القياسات المستمرة. ونتيجة لذلك، اكتشف الباحثون أن زوجًا من الموجات الصوتية يظهر عند نظير الثقب الأسود، وأكدوا أيضًا العلاقة بينهما.
بشكل عام ، يبدو أن النتائج تؤكد ذلكالإشعاع المنبعث من الثقوب السوداء ثابت ، كما تنبأ هوكينغ. في حين أن هذه النتائج تتعلق في المقام الأول بالثقب الأسود التماثلي الذي أنشأوه ، يمكن للدراسات النظرية أن تساعد في تأكيد ما إذا كان يمكن تطبيقها على الثقوب السوداء الحقيقية أيضًا.
ما هو الحد الأدنى؟
تثير دراسة العلماء أسئلة مهمة.والحقيقة هي أنهم تمكنوا من مراقبة كامل عمر الثقب الأسود التناظري ورؤية كيف بدأ إشعاع هوكينج. يمكن أن تحاول الأبحاث المستقبلية مقارنة نتائج العمل بالتنبؤات حول ما يمكن أن يحدث في ثقب أسود حقيقي. وبهذه الطريقة، سيتمكن العلماء من معرفة ما إذا كان إشعاع هوكينج "الحقيقي" يبدأ عند الصفر ثم يزداد، كما لاحظ الفيزيائيون أثناء التجربة.
للثقب الأسود الحقيقي أفقان:الخارجي هو أفق الحدث (بتعبير أدق ، أفق الرؤية) والداخلي هو أفق كوشي. توجد منطقة T بين الأفقين ، حيث لا يمكن تحريك أي جسم إلا في اتجاه واحد: يتحرك الضوء أو الجسيم أو الشخص إلى الداخل فقط. ستزداد قوى المد والجزر كلما تحركت في هذه المنطقة باتجاه أفق كوشي الداخلي. من المثير للدهشة ، تحتها ، أن حركة الكائن نحو المركز تتباطأ بشكل كبير (بمعنى ما ، في الإحداثيات المصاحبة للكائن نفسه).
بعد التوقف في مرفق المرافقالإحداثيات ، يبدأ في الاندفاع إلى الخارج - إلى كون آخر (طوبولوجيا الثقوب السوداء الحقيقية غير بديهية ، وهناك صلة بين الأكوان المختلفة فيها ، ويجب دفع الجسم إلى كون آخر). عند نقطة التوقف (تسمى أيضًا نقطة التحول ، نقطة الحلق) ، توجد قوى مد قصوى لثقب أسود معين ، وجسم معين والظروف الأولية لسقوط هذا الجسم (في الحالات الأخرى ، هذا الحد الأقصى سوف كن مختلفًا ، ولكن دائمًا ما يكون محدودًا).
في منطقة الأفق الداخلييكون الجاذبية أقل بكثير ، لذلك يمكن للأجسام أن تتحرك بحرية ولا تنجذب بعد الآن إلى مركز الثقب الأسود. ومع ذلك ، لا يزالون غير قادرين على مغادرة الثقب الأسود لأنهم لا يستطيعون المرور عبر الأفق الداخلي في الاتجاه المعاكس (أي التوجه نحو أفق الحدث).
في الأساس ، أفق الحدث هو المجال الخارجي.الثقب الأسود ، ويوجد بداخله كرة صغيرة تسمى الأفق الداخلي. إذا سقط شخص ما وراء الأفق الداخلي ، فسيظل عالقًا في ثقب أسود. لكنه ، على الأقل ، لن يشعر بالفيزياء التي لا يمكن تصورها لوجوده فيه. سيجد الشخص نفسه في بيئة أكثر "طبيعية" ، لأن قوة الجاذبية ستكون أقل ، ولن يكون من الممكن الشعور بها بعد الآن.
توقع بعض الفيزيائيين متىيشكل الثقب الأسود التناظري أفقًا داخليًا ، ويصبح الإشعاع الذي ينبعث منه أقوى. ومن المثير للاهتمام أن هذا هو بالضبط ما حدث في الثقب الأسود التناظري الذي أنشأه باحثو التخنيون. وبالتالي ، قد تلهم هذه الدراسة علماء فيزياء آخرين لدراسة تأثير تكوين الأفق الداخلي على شدة إشعاع هوكينغ.
اقرأ أيضا
تم إنشاء أول خريطة دقيقة للعالم. ما هو الخطأ مع أي شخص آخر؟
سجل العلماء لأول مرة كيف تتشكل الكواكب حول النجوم منخفضة الكتلة
تم اكتشاف دواء مضاد للشيخوخة يزيل الخلايا الشائخة