Den største hindring for forskning i grundlæggende fysik er manglende evne til at teste
Hvad forudsagde Hawking?
I 1974 overraskede Stephen Hawking fysikere i altverden, og siger, at den ekstreme tyngdekraft ved begivenhedshorisonten af sorte huller vil skabe virtuelle partikler. De vil udsende dem, indtil de løber tør for energi og fordamper fuldstændigt.
Før Hawking kom med sin revolutionæreteori, blev sorte huller betragtet som ideelle sorte objekter, hvorfra ingen partikler kunne undslippe. Men fysikeren er sikker på, at de har deres egen stråling. Grundlæggende er det en kvanteproces af termisk stråling, som sorte huller spontant udsender. Så massen af sorte huller og deres rotationsenergi falder gradvist. Som følge heraf kan de forsvinde helt.
Hvad er Unruh-effekten?
Fuldende effekt Davis Unruh for første gangforeslået i 1970'erne. Dette er en af kvantefeltteoriens mange forudsigelser. Ifølge den eksisterer et tomt vakuum ikke. Faktisk er enhver "lomme" af rum fyldt med endeløse vibrationer på en kvanteskala. Hvis de får nok energi, "eksploderer" de spontant i partikel-antipartikel-par, som næsten øjeblikkeligt udsletter hinanden. Ifølge teorien er enhver partikel - det være sig stof eller lys - simpelthen en lokaliseret excitation af dette kvantefelt.
Hvad har de tilfælles?
Unruh-effekten forårsager pladsomkring hurtigt accelererende objekter ser ud til at være fyldt med snesevis af virtuelle partikler, der giver dem deres glød. Fordi det er tæt beslægtet med Hawking-stråling, hvor partikler spontant opstår ved kanterne af sorte huller, har forskere længe søgt at opdage en som et hint om den andens eksistens. Men dette er umuligt at gøre. Det er i hvert fald, hvad fysikerne troede før.
Hvorfor er det svært at bevise dem?
Svarende til at teste Hawking-strålingkræver et sort hul, kræver Unruh-effekten enorme accelerationer for at producere en glød, der kan ses. Den blev anset for at være så svag, at den ikke kunne måles ved hjælp af moderne teknologi.
Ifølge kvanteteorien kan et stationært atomøge sin energi kun, når en rigtig foton exciterer en af dens elektroner. For et accelererende atom kan kvantefeltudsving imidlertid "ligne" rigtige fotoner. Fra hans "synspunkt" vil det bevæge sig gennem en samling af varme lyspartikler, der varmer atomet op. Denne varme kan være et afslørende tegn på Unruh-effekten.
Problemet er, hvad accelerationen er at fåumuligt selv ved Large Hadron Collider. Et atom skal accelerere til lysets hastighed på mindre end en milliontedel af et sekund, mens det oplever en kraft på en kvadrillion meter pr. sekund i kvadrat, for at afgive nok lys, som moderne detektorer vil opdage.
Med enkle ord, for at se denne effekt bagveden kort periode, du har bare brug for en utrolig acceleration. Hvis vi bruger de hastigheder, der er tilgængelige for menneskeheden, så bliver vi nødt til at vente længere tid, end universet eksisterer.
Hvilket eksperiment fandt forskerne på?
Men fysikere fandt ud af, hvordan de skulle eksperimentere medUnruh-effekt ved hjælp af lasere med høj intensitet. Det viste sig, at hvis de virker på en accelereret partikel, vil effekten stige så meget, at den kan måles. Forskerne opdagede også, at det er muligt at gøre accelereret stof gennemsigtigt ved en skånsom afbalancering af accelerationen og decelerationen af partikler.
Hvordan vil det fungere?
Kvanteudsving bliver tættetakket være fotoner. Det betyder, at et atom, der er tvunget til at bevæge sig i et vakuum under påvirkning af højintensivt laserlys, teoretisk set kan forårsage Unruh-effekten selv ved ret lave accelerationer.Problemet er, at atomet også kan interagere med laserlyset, absorbere det, dvs. at øge dets energiniveau. Den genererede varme vil i sidste ende dæmpe Unruh-effekten.
Men fysikere har fundet en løsning at gørefotoner er usynlige. Hvis et atom skal "vade" gennem et felt af fotoner, så "ser" det muligvis ikke fotoner med en bestemt frekvens, hvilket vil gøre dem praktisk talt usynlige for atomet. Til sidst, ved sekventielt at kombinere alle disse løsninger, vil forskere være i stand til at teste Unruh-effekten ved en bestemt lysfrekvens.
Hvad er bundlinjen?
Det bliver ikke nemt at bringe eksperimentet ud i livet. Forskere vil bygge en laboratorie-partikelaccelerator, der vil accelerere en elektron til lysets hastighed ved at bestråle den med en mikrobølgestråle. Hvis de opdager effekten, vil de udføre eksperimenter med den, der vil finde en sammenhæng mellem Einsteins teori om relativitetsteori og kvantemekanik. Dette er et af de største problemer i fysik. Derudover vil forskerne ved at observere Unruh-effekten bekræfte Hawkings korrekthed om sorte huller.
Læs mere:
"Dette er science fiction": videnskabsmænd skaber en fundamentalt ny type kvantecomputere
Der er skabt en ultrahurtig kvantecomputer, der udfører en operation på 6,5 nanosekunder
Hvad er supergener, og hvordan gør de dyr så mærkelige