Jak „fungují“ černé díry?
Černé díry jsou oblasti ve vesmíru, kde je gravitace velmi silná. navíc
Hawkingovo záření v obyčejné černé dířese objeví, když se na horizontu událostí objeví pár virtuálních částic, který se změní na pár částice-antičástice. V tomto případě jedna částice spadne za horizont a druhá odletí.
Co předpověděl Hawking?
Teoretický fyzik Stephen Hawking předpovídal:i když nic nemůže opustit černé díry, samy samy spontánně vyzařují omezené množství světla. Je známé jako Hawkingovo záření. Podle předpovědí fyzika je toto záření spontánní (to znamená, že vzniká z ničeho) a stacionární (tj. Jeho intenzita se v průběhu času příliš nemění).
Hawkingovo záření je hlavním argumentem vědcůohledně rozpadu (vypařování) malých černých děr, které by teoreticky mohly vzniknout během experimentů na LHC – Velkém hadronovém urychlovači. Tento efekt je základem myšlenky singulárního reaktoru – zařízení pro získávání energie z černé díry pomocí Hawkingova záření.
Autor: Maximilien Brice, CERN — Dokumentový server CERN, CC BY-SA 3.0
V. Gribov v diskusi s Ya.Zeldovich trval na tom, že díky kvantovému tunelování by měly černé díry emitovat částice.Ještě před zveřejněním své práce Hawking v roce 1973 navštívil Moskvu, kde se setkal se sovětskými vědci Jakovem Zeldovičem a Alexejem Starobinským. Ukázali Hawkingovi, že podle principu neurčitosti kvantové mechaniky by rotující černé díry měly generovat a emitovat částice.
Podle Hawkingových předpovědí bylo záření černédíra je spontánní. Ve své nové studii se vědci rozhodli zjistit, zda je záření emitované jejich černou dírou také stacionární (tj. Zda v průběhu času zůstává konstantní).
Co vědci zjistili?
Researchers ve společnosti Israel TechTechnion Institute nedávno provedl výzkum zaměřený na testování Hawkingových teoretických předpovědí. Zejména zkoumali, zda ekvivalent Hawkingova záření v laboratorně vytvořené „umělé černé díře“ je stacionární.
Pokud půjdete do horizontu událostí, nepůjdetemůžete se odtud dostat, i když je světlo. Hawkingovo záření začíná těsně za horizontem událostí, kam světlo jen stěží může uniknout. Je to opravdu zvláštní, protože tam nic není; toto je prázdný prostor. Ale toto záření začíná z ničeho, vychází ven a jde na Zemi.
Jeff Steinhauer, jeden z výzkumníků v rozhovoru pro ScienceX
Jak vědci vytvořili umělou černou díru?
Umělá černá díra vytvořená Izraelcivědci, měl délku asi 0,1 mm a byl vyroben z plynu sestávajícího z 8 000 atomů rubidia. To je relativně malý počet atomů. Pokaždé, když to vědci vyfotografovali, černá díra se zhroutila. Aby tedy mohli sledovat její vývoj v čase, museli vytvořit černou díru, vyfotografovat ji a poté vytvořit další. Tento proces se v průběhu měsíců mnohokrát opakoval.
Analogová černá díra vytvořená vědci. Uznání: Kolobov et al.
Jestřábové záření vyzařované tímto analogemčerná díra, sestává ze zvukových vln, nikoli ze světla. Atomy rubidia se pohybují rychleji než rychlost zvuku, takže zvukové vlny nemohou dosáhnout horizontu událostí a uniknout z černé díry. Avšak mimo horizont událostí proudí plyn pomalu, takže zvukové vlny se mohou volně pohybovat.
Rubidium proudí rychle, rychleji než rychlost zvuku ato znamená, že zvuk nemůže jít proti proudu. Řekněme, že se člověk snaží plavat proti proudu. Pokud tento proud jde rychleji, než je schopen plavat, pak je prostě nemožné jít vpřed. Plavec je neustále tlačen zpět - proud se pohybuje příliš rychle a v opačném směru. Ve výsledku se člověk zasekne na jednom místě. Jaké to je být uvězněn v černé díře a pokusit se dosáhnout horizontu událostí zevnitř.
Hawkingovo záření se skládá z párů fotonů (tj.světelné částice): jedna vychází z černé díry a druhá do ní padá zpět. Ve snaze identifikovat Hawkingovo záření emitované analogovou černou dírou vědci hledali podobné páry zvukových vln, z nichž jedna vychází z černé díry a druhá se do ní pohybuje. Jakmile identifikovali tyto páry zvukových vln, výzkumníci se pokusili určit, zda mezi nimi existují korelace. Fyzici svůj experiment zopakovali 97 000krát – to je 124 dní nepřetržitého měření. Výsledkem bylo, že výzkumníci zjistili, že se u analogu černé díry objevuje dvojice zvukových vln, a také potvrdili vzájemnou korelaci.
Celkově se zdá, že to výsledky potvrzujízáření vyzařované černými děrami je nehybné, jak předpověděl Hawking. I když se tyto výsledky týkají především analogové černé díry, kterou vytvořili, teoretické studie mohou pomoci potvrdit, zda mohou být použity i na skutečné černé díry.
Jaký je konečný výsledek?
Studie vědců vyvolává důležité otázky.Faktem je, že byli schopni pozorovat celou dobu života analogové černé díry a vidět, jak začalo Hawkingovo záření. Budoucí výzkum by se mohl pokusit porovnat výsledky práce s předpověďmi o tom, co by se stalo ve skutečné černé díře. Tímto způsobem budou vědci schopni zjistit, zda „skutečné“ Hawkingovo záření začíná na nule a pak se zvyšuje, jak fyzici pozorovali během experimentu.
Skutečná černá díra má dva obzory:vnější je horizont událostí (přesněji horizont viditelnosti) a vnitřní je Cauchyho horizont. Mezi těmito dvěma horizonty je oblast T, kde je pohyb libovolných objektů možný pouze v jednom směru: světlo, částice nebo osoba se budou pohybovat pouze dovnitř. Přílivové síly se budou zvyšovat, jak se budete pohybovat v této oblasti směrem k vnitřnímu Cauchyho horizontu. Překvapivě se pod ním pohyb objektu směrem ke středu dramaticky zpomaluje (v jistém smyslu v souřadnicích doprovázejících samotný objekt).
Po zastavení v ošetřovněsouřadnice, začíná se tlačit ven - do jiného vesmíru (topologie pro skutečné černé díry je netriviální, existuje v ní spojení mezi různými vesmíry a objekt musí být vytlačen do jiného vesmíru). V bodě zastavení (říká se mu také bod obratu, bod hrdla) existují maximální slapové síly pro danou černou díru, daný objekt a počáteční podmínky pro pád tohoto objektu (za jiných podmínek bude toto maximum být jiný, ale vždy konečný).
V oblasti uvnitř vnitřního obzorugravitační tah je mnohem nižší, takže objekty se mohou volně pohybovat a již nejsou přitahovány do středu černé díry. Stále však nemohou opustit černou díru, protože nemohou projít vnitřním horizontem v opačném směru (tj. Směřovat k horizontu událostí).
Horizont událostí je v zásadě vnější sféra.černá díra a uvnitř ní je malá koule zvaná vnitřní horizont. Pokud člověk spadne za vnitřní horizont, bude stále uvězněn v černé díře. Přinejmenším však necítí nepředstavitelnou fyziku toho, že je v něm. Osoba se ocitne v „normálnějším“ prostředí, protože gravitační síla bude nižší a již ji nebude možné cítit.
Někteří fyzici to předpovídalianalogová černá díra tvoří vnitřní horizont, záření, které vyzařuje, se stává silnějším. Zajímavé je, že přesně to se stalo v analogové černé díře vytvořené výzkumníky Technion. Tato studie tedy může inspirovat další fyziky ke studiu vlivu formování vnitřního obzoru na intenzitu Hawkingova záření.
Přečtěte si také
Byla vytvořena první přesná mapa světa. Co se děje s ostatními?
Vědci poprvé zaznamenali, jak se kolem hvězd s nízkou hmotností formují planety
Byl objeven lék proti stárnutí, který odstraňuje stárnoucí buňky