Hvordan fungerer sorte huller?
Sorte huller er områder i rummet, hvor tyngdekraften er meget stærk. Desuden
Hawking-stråling i et almindeligt sort hulvises, når et par virtuelle partikler dukker op ved begivenhedshorisonten, som bliver til et partikel-antipartikel-par. I dette tilfælde falder en partikel ud over horisonten, og den anden flyver væk.
Hvad forudsagde Hawking?
Teoretisk fysiker Stephen Hawking forudsagde:skønt intet kan efterlade sorte huller, udsender de selv spontant en begrænset mængde lys. Det er kendt som Hawking-stråling. Ifølge fysikernes forudsigelser er denne stråling spontan (dvs. den stammer fra ingenting) og stationær (dvs. dens intensitet ændrer sig ikke meget over tid).
Hawking-stråling er videnskabsmænds hovedargumentvedrørende henfald (fordampning) af små sorte huller, som teoretisk kunne opstå under eksperimenter ved LHC-Large Hadron Collider. Denne effekt er grundlaget for ideen om en enestående reaktor - en enhed til at opnå energi fra et sort hul ved hjælp af Hawking-stråling.
Forfatter: Maximilien Brice, CERN — CERN Document Server, CC BY-SA 3.0
V. Gribov i diskussion med Ya.Zeldovich insisterede på, at takket være kvantetunnelering skulle sorte huller udsende partikler Allerede før offentliggørelsen af sit arbejde besøgte Hawking Moskva i 1973, hvor han mødtes med de sovjetiske videnskabsmænd Yakov Zeldovich og Alexei Starobinsky. De demonstrerede over for Hawking, at i overensstemmelse med kvantemekanikkens usikkerhedsprincip skulle roterende sorte huller generere og udsende partikler.
Ifølge Hawkings forudsigelser, stråling af sorthul er spontant. I deres nye undersøgelse satte forskerne sig for at finde ud af, om strålingen, der udsendes af deres sorte hul, også er stationær (dvs. om den forbliver konstant over tid).
Hvad fandt forskerne ud af?
Forskere ved Israel TechnologicalTechnion Institute gennemførte for nylig forskning med det formål at teste Hawking's teoretiske forudsigelser. Især undersøgte de, om ækvivalenten af Hawking-stråling i et "kunstigt sort hul", der blev oprettet under laboratorieforhold, var stationært.
Hvis du går inden for begivenhedshorisonten, gør du det ikkedu kan komme ud herfra, selvom der er lys. Hawking-stråling begynder lige ud over begivenhedshorisonten, hvor lyset næsten ikke kan undslippe. Det er virkelig mærkeligt, fordi der ikke er noget der; dette er tom plads. Men denne stråling starter fra ingenting, kommer ud og går til Jorden.
Jeff Steinhauer, en af forskerne i et interview med ScienceX
Hvordan skabte forskere et kunstigt sort hul?
Kunstigt sort hul skabt af israelerneforskere, havde en længde på ca. 0,1 mm og var fremstillet af en gas bestående af 8.000 rubidiumatomer. Dette er et relativt lille antal atomer. Hver gang forskerne fotograferede det, kollapsede det sorte hul. For at kunne observere dens udvikling over tid måtte de således skabe et sort hul, fotografere det og derefter oprette et andet. Denne proces blev gentaget mange gange i løbet af måneder.
Et analogt sort hul skabt af forskere. Kredit: Kolobov et al.
Hawking-stråling udsendt af denne analogsort hul, består af lydbølger, ikke lys. Rubidiumatomer bevæger sig hurtigere end lydens hastighed, så lydbølger ikke kan nå begivenhedshorisonten og flygte fra det sorte hul. Men uden for begivenhedshorisonten strømmer gas langsomt, så lydbølger kan bevæge sig frit.
Rubidium flyder hurtigt, hurtigere end lydens hastighed ogdet betyder, at lyden ikke kan gå imod strømmen. Lad os sige, at en person forsøger at svømme mod strømmen. Hvis denne strøm går hurtigere, end han er i stand til at svømme, så er det simpelthen umuligt at komme videre. Svømmeren bliver konstant skubbet tilbage - strømmen bevæger sig for hurtigt og i den modsatte retning. Som et resultat sætter en person sig fast ét sted. Sådan er det at sidde fast i et sort hul og forsøge at nå begivenhedshorisonten indefra.
Hawking-stråling består af par af fotoner (dvs.lyspartikler): den ene kommer ud af det sorte hul, og den anden falder tilbage i det. I et forsøg på at identificere Hawking-stråling udsendt af et analogt sort hul, ledte forskerne efter lignende par af lydbølger, hvor den ene kom ud af det sorte hul, og den anden bevægede sig ind i det. Når de identificerede disse par af lydbølger, forsøgte forskerne at afgøre, om der var sammenhænge mellem dem. Fysikere gentog deres eksperiment 97.000 gange - det er 124 dages kontinuerlige målinger. Som et resultat opdagede forskerne, at et par lydbølger dukker op ved det sorte huls analoge, og bekræftede også sammenhængen mellem dem.
Samlet set synes resultaterne at bekræfte detstrålingen fra sorte huller er stationær, som Hawking forudsagde. Selvom disse resultater primært vedrører det analoge sorte hul, de skabte, kan teoretiske undersøgelser hjælpe med at bekræfte, om de også kan anvendes på ægte sorte huller.
Hvad er bundlinjen?
Forskernes undersøgelse rejser vigtige spørgsmål.Faktum er, at de var i stand til at observere hele levetiden af et analogt sort hul og se, hvordan Hawking-stråling begyndte. Fremtidig forskning kunne forsøge at sammenligne resultaterne af arbejdet med forudsigelser om, hvad der ville ske i et rigtigt sort hul. På denne måde vil forskere være i stand til at se, om "rigtig" Hawking-stråling starter ved nul og derefter øges, som fysikere observerede under eksperimentet.
Et ægte sort hul har to horisonter:det ydre er begivenhedshorisonten (mere præcist synlighedens horisont) og det indre er Cauchy -horisonten. Mellem de to horisonter er der en T-region, hvor bevægelse for objekter kun er mulig i én retning: lys, partikel eller person vil kun bevæge sig indad. Tidevandskræfterne vil stige, når du bevæger dig i dette område mod den indre Cauchy -horisont. Overraskende, under det, sænkes bevægelsen af objektet mod midten dramatisk (på en måde i koordinaterne, der ledsager selve objektet).
Efter stop ved ledsagende facilitetkoordinater, begynder det at blive skubbet udad - ind i et andet univers (topologien for ægte sorte huller er ikke -triviel, der er en forbindelse mellem forskellige universer i det, og objektet skal skubbes ud i et andet univers). Ved stoppestedet (det kaldes også vendepunktet, halspunktet), er der maksimale tidevandskræfter for et givet sort hul, et givet objekt og de indledende betingelser for faldet af dette objekt (under andre forhold vil dette maksimale være anderledes, men altid endelig).
I området inde i den indre horisonttyngdekraften er meget lavere, så objekter kan bevæge sig frit og ikke længere tiltrækkes til midten af det sorte hul. De kan dog stadig ikke forlade det sorte hul, fordi de ikke kan passere gennem den indre horisont i den modsatte retning (dvs. på vej mod begivenhedshorisonten).
Hovedsageligt er hændelseshorisonten den ydre sfære.sort hul, og inde i det er der en lille kugle kaldet den indre horisont. Hvis en person falder ud over den indre horisont, vil han stadig sidde fast i et sort hul. Men i det mindste vil han ikke føle den utænkelige fysik ved at være i den. Personen vil befinde sig i et mere "normalt" miljø, da tyngdekraften vil være lavere, og det ikke vil være muligt at mærke det mere.
Nogle fysikere har forudsagt, at hvornårdet analoge sorte hul danner en indre horisont, strålingen det udsender bliver stærkere. Interessant nok er det præcis, hvad der skete i det analoge sorte hul, der blev skabt af forskerne i Technion. Således kan denne undersøgelse inspirere andre fysikere til at studere indflydelsen af dannelsen af en indre horisont på intensiteten af Hawking -stråling.
Læs også
Det første nøjagtige kort over verden blev oprettet. Hvad er der galt med alle andre?
Forskere har for første gang registreret, hvordan planeter dannes omkring stjerner med lav masse
En anti-aging medicin, der fjerner senescent celler er blevet opdaget