Το κύριο εμπόδιο για την έρευνα στη θεμελιώδη φυσική είναι η αδυναμία δοκιμής
Τι προβλέπει ο Hawking;
Το 1974, ο Stephen Hawking εξέπληξε τους φυσικούς σε όλακόσμο, δηλώνοντας ότι η ακραία βαρυτική δύναμη στους ορίζοντες γεγονότων των μαύρων τρυπών θα δημιουργήσει εικονικά σωματίδια. Θα τα εκπέμπουν μέχρι να εξαντληθούν από ενέργεια και να εξατμιστούν εντελώς.
Πριν ο Χόκινγκ καταλήξει στον επαναστάτη τουθεωρητικά, οι μαύρες τρύπες θεωρούνταν ιδανικά μαύρα αντικείμενα από τα οποία δεν μπορούσαν να ξεφύγουν κανένα σωματίδιο. Ωστόσο, ο φυσικός είναι σίγουρος ότι έχουν τη δική τους ακτινοβολία. Ουσιαστικά, είναι μια κβαντική διαδικασία θερμικής ακτινοβολίας που εκπέμπουν αυθόρμητα οι μαύρες τρύπες. Έτσι η μάζα των μαύρων οπών και η περιστροφική τους ενέργεια σταδιακά μειώνονται. Ως αποτέλεσμα, μπορεί να εξαφανιστούν εντελώς.
Τι είναι το φαινόμενο Unruh;
Εφέ πλήρωσης Davis Unruh για πρώτη φοράπροτάθηκε τη δεκαετία του 1970. Αυτή είναι μια από τις πολλές προβλέψεις της κβαντικής θεωρίας πεδίου. Σύμφωνα με αυτό, ένα κενό κενό δεν υπάρχει. Στην πραγματικότητα, κάθε «τσέπη» χώρου είναι γεμάτη με ατελείωτες δονήσεις σε κβαντική κλίμακα. Αν τους δοθεί αρκετή ενέργεια, «εκρήγνυνται» αυθόρμητα σε ζεύγη σωματιδίων-αντισωματιδίων, τα οποία σχεδόν αμέσως εξαφανίζονται μεταξύ τους. Σύμφωνα με τη θεωρία, οποιοδήποτε σωματίδιο -είτε είναι ύλη είτε φως- είναι απλώς μια τοπική διέγερση αυτού του κβαντικού πεδίου.
Τι έχουν κοινό?
Το φαινόμενο Unruh προκαλεί χώρογύρω από τα γρήγορα επιταχυνόμενα αντικείμενα φαίνεται να είναι γεμάτα με δεκάδες εικονικά σωματίδια που τους δίνουν τη λάμψη τους. Επειδή σχετίζεται στενά με την ακτινοβολία Hawking, στην οποία σωματίδια εμφανίζονται αυθόρμητα στις άκρες των μαύρων τρυπών, οι επιστήμονες προσπάθησαν εδώ και καιρό να ανιχνεύσουν ένα ως ένας υπαινιγμός για την ύπαρξη του άλλου. Αλλά αυτό είναι αδύνατο να γίνει. Σε κάθε περίπτωση, αυτό νόμιζαν οι φυσικοί πριν.
Γιατί είναι δύσκολο να τα αποδείξεις;
Παρόμοια με τη δοκιμή της ακτινοβολίας Hawkingαπαιτεί μια μαύρη τρύπα, το φαινόμενο Unruh απαιτεί τεράστιες επιταχύνσεις για να παράγει μια λάμψη που μπορεί να φανεί. Θεωρήθηκε ότι ήταν τόσο αδύναμο που δεν μπορούσε να μετρηθεί χρησιμοποιώντας σύγχρονη τεχνολογία.
Σύμφωνα με την κβαντική θεωρία, ένα ακίνητο άτομο μπορείαυξάνει την ενέργειά του μόνο όταν ένα πραγματικό φωτόνιο διεγείρει ένα από τα ηλεκτρόνια του. Ωστόσο, σε ένα επιταχυνόμενο άτομο, οι διακυμάνσεις του κβαντικού πεδίου μπορεί να «μοιάζουν» με πραγματικά φωτόνια. Από την «άποψή» του, θα κινηθεί μέσα από μια συλλογή θερμών σωματιδίων φωτός που θερμαίνουν το άτομο. Αυτή η ζεστασιά μπορεί να είναι ένα ενδεικτικό σημάδι του φαινομένου Unruh.
Το πρόβλημα είναι ποια είναι η επιτάχυνση να πάρειαδύνατον ακόμη και στον Μεγάλο Επιταχυντή Αδρονίων. Ένα άτομο πρέπει να επιταχύνει στην ταχύτητα του φωτός σε λιγότερο από ένα εκατομμυριοστό του δευτερολέπτου, ενώ δέχεται μια δύναμη τετράτρου εκατομμυρίων μέτρων ανά δευτερόλεπτο στο τετράγωνο, προκειμένου να εκπέμψει αρκετό φως που θα ανιχνεύσουν οι σύγχρονοι ανιχνευτές.
Με απλά λόγια, για να δούμε αυτό το αποτέλεσμα πίσωγια σύντομο χρονικό διάστημα, χρειάζεστε απλώς απίστευτη επιτάχυνση. Αν χρησιμοποιήσουμε τις ταχύτητες που είναι διαθέσιμες στην ανθρωπότητα, τότε θα πρέπει να περιμένουμε περισσότερο χρόνο από όσο υπάρχει το Σύμπαν.
Ποιο πείραμα έκαναν οι επιστήμονες;
Ωστόσο, οι φυσικοί κατάλαβαν πώς να πειραματιστούνΕφέ Unruh με χρήση λέιζερ υψηλής έντασης. Αποδείχθηκε ότι εάν δράσουν σε ένα επιταχυνόμενο σωματίδιο, το αποτέλεσμα θα αυξηθεί τόσο πολύ που μπορεί να μετρηθεί. Οι επιστήμονες ανακάλυψαν επίσης ότι είναι δυνατό να γίνει διαφανής η επιταχυνόμενη ύλη εξισορροπώντας απαλά την επιτάχυνση και την επιβράδυνση των σωματιδίων.
Πώς θα λειτουργήσει;
Οι κβαντικές διακυμάνσεις γίνονται πυκνέςχάρη στα φωτόνια. Αυτό σημαίνει ότι ένα άτομο που αναγκάζεται να κινηθεί στο κενό υπό την επίδραση του φωτός λέιζερ υψηλής έντασης θα μπορούσε θεωρητικά να προκαλέσει το φαινόμενο Unruh ακόμη και σε αρκετά χαμηλές επιταχύνσεις. Το πρόβλημα είναι ότι το άτομο μπορεί επίσης να αλληλεπιδράσει με το φως του λέιζερ, απορροφώντας το, επομένως αυξάνοντας το ενεργειακό του επίπεδο. Η θερμότητα που παράγεται θα μειώσει τελικά το φαινόμενο Unruh.
Αλλά οι φυσικοί έχουν βρει μια λύση να κάνουντα φωτόνια είναι αόρατα. Εάν ένα άτομο πρέπει να «διαπεράσει» ένα πεδίο φωτονίων, τότε μπορεί να μην «δει» φωτόνια συγκεκριμένης συχνότητας, κάτι που θα τα κάνει πρακτικά αόρατα στο άτομο. Τελικά, συνδυάζοντας διαδοχικά όλους αυτούς τους τρόπους αντιμετώπισης, οι επιστήμονες θα είναι σε θέση να δοκιμάσουν το φαινόμενο Unruh σε μια συγκεκριμένη συχνότητα φωτός.
Ποια είναι η κατώτατη γραμμή;
Το να ζωντανέψεις το πείραμα δεν θα είναι εύκολο. Οι επιστήμονες θα κατασκευάσουν έναν εργαστηριακό επιταχυντή σωματιδίων που θα επιταχύνει ένα ηλεκτρόνιο στην ταχύτητα του φωτός ακτινοβολώντας το με μια δέσμη μικροκυμάτων. Εάν ανακαλύψουν το φαινόμενο, θα πραγματοποιήσουν πειράματα με αυτόν που θα βρουν μια σύνδεση μεταξύ της θεωρίας του Αϊνστάιν σχετικότητα και κβαντική μηχανική. Αυτό είναι ένα από τα μεγαλύτερα προβλήματα στη φυσική. Επιπλέον, παρατηρώντας το φαινόμενο Unruh, οι επιστήμονες θα επιβεβαιώσουν την ορθότητα του Hawking σχετικά με τις μαύρες τρύπες.
Διαβάστε περισσότερα:
«Αυτό είναι επιστημονική φαντασία»: οι επιστήμονες δημιουργούν έναν θεμελιωδώς νέο τύπο κβαντικών υπολογιστών
Έχει δημιουργηθεί ένας εξαιρετικά γρήγορος κβαντικός υπολογιστής που εκτελεί μια λειτουργία σε 6,5 νανοδευτερόλεπτα
Τι είναι τα υπεργονίδια και πώς κάνουν τα ζώα τόσο παράξενα