Das Haupthindernis für die Forschung auf dem Gebiet der Grundlagenphysik ist die Unfähigkeit,
Was hat Hawking vorhergesagt?
Im Jahr 1974 überraschte Stephen Hawking Physiker auf der ganzen Welt mit der Feststellung, dass die extreme Gravitationskraft an den Ereignishorizonten von Schwarzen LöchernSie werden sie so lange ausstoßen , bis sie erschöpft sind.Energie und verflüchtigt sich vollständig.
Bevor Hawking seine revolutionäre Theorie vorstellte, galten Schwarze Löcher als perfekte schwarze Objekte, aus denen keine TeilchenDer Physiker ist sich aber sicher, dass sie ihre eigene Strahlung haben.Im Grunde handelt es sich um einen Quantenprozess von Wärmestrahlung, den Schwarze Löcher spontan aussenden.So nimmt die Masse der Schwarzen Löcher, ihre Rotationsenergie, allmählich ab.Infolgedessen können sie vollständig verschwinden.
Was ist der Unruh-Effekt?
Der Fulling-Davis-Unruh-Effekt wurde erstmals im 1970s.It vorgeschlagen und ist eine der vielen Vorhersagen der Quantenfeldtheorie.Tatsächlich ist jede "Tasche" des Raumes mit unendlichen Schwingungen auf einer Quantenskala gefüllt.Wenn man ihnen genügend Energie gibt , "explodieren" sie spontan in Teilchen-Antiteilchen-Paare, die sich fast sofort vernichtenNach der Theorie ist jedes Teilchen , sei es Materie oder Licht , einfach eine lokalisierte Anregung dieses Quantenfeldes.
Was haben Sie gemeinsam?
Der Unruh-Effekt bewirkt, dass der Raum um sich schnell beschleunigende Objekte mit einer Vielzahl virtueller Teilchen gefüllt zu sein scheint, dieDa sie eng mit der Hawking-Strahlung verwandt ist, bei der Teilchen spontan an den Rändern von Schwarzen Löchern erscheinen, haben Wissenschaftler lange versucht, das eine als Hinweis auf die Existenz des anderen nachzuweisen.Zumindest dachten das früher die Physiker.
Warum ist es schwierig, sie zu beweisen?
So wie man ein Schwarzes Loch braucht, um die Hawking-Strahlung zu testen, ist der EffektUnruh benötigt enorme Beschleunigungen, um ein sichtbares Leuchten zu erzeugen. Man hielt es für so lichtschwach, dass es mit der heutigen Technik nicht gemessen werden konnte.
Nach der Quantentheorie kann ein stationäres Atom seine Energie nur erhöhen, wenn ein reales Photon Für ein sich beschleunigendes Atom können Fluktuationen im Quantenfeld jedochAus seiner "Sicht" wird er sich durch einen Klumpen warmer Lichtteilchen bewegen, die sich aufheizenDiese Hitze kann ein verräterisches Zeichen für den Unruh-Effekt sein.
Das Problem ist, wie hoch die Beschleunigung istsogar am Large Hadron Collider unmöglich. Ein Atom muss in weniger als einer millionstel Sekunde auf Lichtgeschwindigkeit beschleunigt werden, während es einer Kraft von einer Billiarde Quadratmetern pro Quadratsekunde ausgesetzt ist, um genug Licht abzugeben, das moderne Detektoren erfassen können.
In einfachen Worten, um diesen Effekt hinter sich zu seheneine kurze Zeit, Sie brauchen nur eine unglaubliche Beschleunigung. Wenn wir die der Menschheit zur Verfügung stehenden Geschwindigkeiten nutzen, müssen wir länger warten, als das Universum existiert.
Welches Experiment haben sich die Wissenschaftler ausgedacht?
Die Physiker fanden jedoch heraus, wie man damit experimentiertUnruh-Effekt mit hochintensiven Lasern. Es stellte sich heraus, dass, wenn sie auf ein beschleunigtes Teilchen einwirken, der Effekt so stark ansteigt, dass er gemessen werden kann. Die Wissenschaftler entdeckten auch, dass es möglich ist, beschleunigte Materie transparent zu machen, indem man die Beschleunigung und Verzögerung von Teilchen fein ausbalanciert.
Wie wird es funktionieren?
Quantenfluktuationen werden dank Photonen dicht, was bedeutet, dass ein Atom, das unter dem Einfluss des Lichts eines hochintensiven Lasers gezwungen wird, sich im Vakuum zu bewegen Das Problem ist, dass das AtomGleichzeitig interagieren Sie mit Laserlicht, absorbieren es und erhöhen so sein Energieniveau.Die entstehende Hitze übertönt schließlich den Unruh-Effekt.
Aber Physiker haben eine Lösung gefundenPhotonen sind unsichtbar. Wenn ein Atom durch ein Photonenfeld „waten“ muss, kann es sein, dass es Photonen einer bestimmten Frequenz nicht „sieht“, wodurch sie für das Atom praktisch unsichtbar werden. Durch die sequentielle Kombination all dieser Problemumgehungen werden Wissenschaftler schließlich in der Lage sein, den Unruh-Effekt bei einer bestimmten Lichtfrequenz zu testen.
Was ist das Endergebnis?
Das Experiment zum Leben zu erwecken wird nicht einfach sein. Wissenschaftler werden einen Labor-Teilchenbeschleuniger bauen, der ein Elektron auf Lichtgeschwindigkeit beschleunigt, indem er es mit einem Mikrowellenstrahl bestrahlt. Wenn sie den Effekt entdecken, werden sie damit Experimente durchführen, die einen Zusammenhang zwischen Einsteins Theorie von finden Relativität und Quantenmechanik. Dies ist eines der größten Probleme der Physik. Darüber hinaus werden Wissenschaftler durch die Beobachtung des Unruh-Effekts Hawkings Richtigkeit in Bezug auf Schwarze Löcher bestätigen.
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