Πώς λειτουργούν οι μαύρες τρύπες;
Οι μαύρες τρύπες είναι περιοχές στο διάστημα όπου η βαρύτητα είναι πολύ ισχυρή. Εξάλλου
Ακτινοβολία Χόκινγκ σε μια συνηθισμένη μαύρη τρύπαεμφανίζεται όταν ένα ζεύγος εικονικών σωματιδίων εμφανίζεται στον ορίζοντα γεγονότων, το οποίο μετατρέπεται σε ζεύγος σωματιδίου-αντισωματιδίου. Σε αυτή την περίπτωση, το ένα σωματίδιο πέφτει πέρα από τον ορίζοντα και το άλλο πετάει μακριά.
Τι προβλέπει ο Hawking;
Ο θεωρητικός φυσικός Stephen Hawking προέβλεψε:Αν και τίποτα δεν μπορεί να αφήσει μαύρες τρύπες, οι ίδιοι εκπέμπουν αυθόρμητα μια περιορισμένη ποσότητα φωτός. Είναι γνωστό ως ακτινοβολία Hawking. Σύμφωνα με τις προβλέψεις του φυσικού, αυτή η ακτινοβολία είναι αυθόρμητη (δηλαδή, προκύπτει από τίποτα) και στάσιμη (δηλαδή, η έντασή της δεν αλλάζει πολύ με την πάροδο του χρόνου).
Η ακτινοβολία Χόκινγκ είναι το κύριο επιχείρημα των επιστημόνωνσχετικά με τη διάσπαση (εξάτμιση) μικρών μαύρων οπών, που θεωρητικά θα μπορούσαν να προκύψουν κατά τη διάρκεια πειραμάτων στον LHC—Large Hadron Collider. Αυτό το φαινόμενο είναι η βάση για την ιδέα ενός μοναδικού αντιδραστήρα - μιας συσκευής για τη λήψη ενέργειας από μια μαύρη τρύπα χρησιμοποιώντας ακτινοβολία Hawking.
Συγγραφέας: Maximilien Brice, CERN — Διακομιστής εγγράφων CERN, CC BY-SA 3.0
Ο V. Gribov σε συζήτηση με τον Ya.Ο Zeldovich επέμεινε ότι χάρη στην κβαντική σήραγγα, οι μαύρες τρύπες πρέπει να εκπέμπουν σωματίδια.Ακόμα και πριν από τη δημοσίευση της εργασίας του, ο Hawking επισκέφτηκε τη Μόσχα το 1973, όπου συναντήθηκε με τους Σοβιετικούς επιστήμονες Yakov Zeldovich και Alexei Starobinsky. Έδειξαν στον Χόκινγκ ότι, σύμφωνα με την αρχή της αβεβαιότητας της κβαντικής μηχανικής, οι περιστρεφόμενες μαύρες τρύπες πρέπει να δημιουργούν και να εκπέμπουν σωματίδια.
Σύμφωνα με τις προβλέψεις του Hawking, η ακτινοβολία του μαύρουη τρύπα είναι αυθόρμητη. Στη νέα τους μελέτη, οι επιστήμονες ξεκίνησαν να ανακαλύψουν εάν η ακτινοβολία που εκπέμπεται από τη μαύρη τρύπα τους είναι επίσης στάσιμη (δηλαδή, αν παραμένει σταθερή με την πάροδο του χρόνου)
Τι ανακάλυψαν οι επιστήμονες;
Ερευνητές στο Israel TechΤο Technion Institute διεξήγαγε πρόσφατα έρευνα με στόχο τη δοκιμή των θεωρητικών προβλέψεων του Hawking. Συγκεκριμένα, μελέτησαν εάν το ισοδύναμο της ακτινοβολίας Hawking σε μια «τεχνητή μαύρη τρύπα» που δημιουργήθηκε σε εργαστηριακές συνθήκες ήταν στάσιμο.
Εάν μπείτε μέσα στον ορίζοντα γεγονότων, δεν θα το κάνετεμπορείς να φύγεις από εδώ ακόμα κι αν έχει φως. Η ακτινοβολία Χόκινγκ ξεκινά ακριβώς πέρα από τον ορίζοντα γεγονότων, όπου το φως μετά βίας μπορεί να διαφύγει. Είναι πραγματικά περίεργο γιατί δεν υπάρχει τίποτα εκεί. αυτός είναι κενός χώρος. Αλλά αυτή η ακτινοβολία ξεκινά από το τίποτα, βγαίνει και πηγαίνει στη Γη.
Ο Jeff Steinhauer, ένας από τους ερευνητές σε συνέντευξή του στο ScienceX
Πώς οι επιστήμονες δημιούργησαν μια τεχνητή μαύρη τρύπα;
Τεχνητή μαύρη τρύπα που δημιουργήθηκε από τους Ισραηλινούςεπιστήμονες, είχαν μήκος περίπου 0,1 mm και κατασκευάστηκαν από αέριο που αποτελείται από 8.000 άτομα ρουβιδίου. Αυτός είναι ένας σχετικά μικρός αριθμός ατόμων. Κάθε φορά που οι ερευνητές το φωτογραφίζουν, η μαύρη τρύπα καταρρέει. Έτσι, για να παρατηρήσουν την εξέλιξή του με την πάροδο του χρόνου, έπρεπε να δημιουργήσουν μια μαύρη τρύπα, να την φωτογραφίσουν και μετά να δημιουργήσουν μια άλλη. Αυτή η διαδικασία επαναλήφθηκε πολλές φορές κατά τη διάρκεια των μηνών.
Μια αναλογική μαύρη τρύπα που δημιουργήθηκε από ερευνητές. Πίστωση: Kolobov et al.
Ακτινοβολία Hawking που εκπέμπεται από αυτό το ανάλογομαύρη τρύπα, αποτελείται από ηχητικά κύματα και όχι φως. Τα άτομα του ρουβιδίου κινούνται γρηγορότερα από την ταχύτητα του ήχου, έτσι τα ηχητικά κύματα δεν μπορούν να φτάσουν στον ορίζοντα του συμβάντος και να ξεφύγουν από τη μαύρη τρύπα. Ωστόσο, έξω από τον ορίζοντα του συμβάντος, το αέριο ρέει αργά, έτσι τα ηχητικά κύματα μπορούν να κινούνται ελεύθερα.
Το Rubidium ρέει γρήγορα, πιο γρήγορα από την ταχύτητα του ήχου, καιΑυτό σημαίνει ότι ο ήχος δεν μπορεί να αντισταθεί στη ροή. Ας πούμε ότι ένα άτομο προσπαθεί να κολυμπήσει ενάντια στο ρεύμα. Εάν αυτό το ρεύμα κινείται πιο γρήγορα από ό, τι μπορεί να κολυμπήσει, τότε είναι απλώς αδύνατο να προχωρήσουμε μπροστά. Ο κολυμβητής συνεχώς ωθείται προς τα πίσω - το ρεύμα κινείται πολύ γρήγορα και προς την αντίθετη κατεύθυνση. Ως αποτέλεσμα, ένα άτομο κολλάει σε ένα μέρος. Έτσι είναι να κολλάς σε μια μαύρη τρύπα και να προσπαθείς να φτάσεις στον ορίζοντα του γεγονότος από μέσα.
Η ακτινοβολία Hawking αποτελείται από ζεύγη φωτονίων (δηλ.σωματίδια φωτός): το ένα βγαίνει από τη μαύρη τρύπα και το άλλο πέφτει πίσω σε αυτήν. Σε μια προσπάθεια να αναγνωρίσουν την ακτινοβολία Hawking που εκπέμπεται από μια ανάλογη μαύρη τρύπα, οι επιστήμονες αναζήτησαν παρόμοια ζεύγη ηχητικών κυμάτων, το ένα να βγαίνει από τη μαύρη τρύπα και το άλλο να κινείται μέσα σε αυτήν. Μόλις εντόπισαν αυτά τα ζεύγη ηχητικών κυμάτων, οι ερευνητές προσπάθησαν να προσδιορίσουν εάν υπήρχαν συσχετισμοί μεταξύ τους. Οι φυσικοί επανέλαβαν το πείραμά τους 97.000 φορές—δηλαδή 124 ημέρες συνεχών μετρήσεων. Ως αποτέλεσμα, οι ερευνητές ανακάλυψαν ότι ένα ζευγάρι ηχητικών κυμάτων εμφανίζεται στο ανάλογο της μαύρης τρύπας και επιβεβαίωσαν επίσης τη συσχέτιση μεταξύ τους.
Συνολικά, τα αποτελέσματα φαίνεται να το επιβεβαιώνουνΗ ακτινοβολία που εκπέμπεται από τις μαύρες τρύπες είναι στάσιμη, όπως προέβλεπε ο Χόκινγκ. Ενώ αυτά τα αποτελέσματα σχετίζονται κυρίως με την αναλογική μαύρη τρύπα που δημιούργησαν, θεωρητικές μελέτες μπορούν να σας βοηθήσουν να επιβεβαιώσετε εάν μπορούν να εφαρμοστούν και σε πραγματικές μαύρες τρύπες.
Ποια είναι η κατώτατη γραμμή;
Η μελέτη των επιστημόνων εγείρει σημαντικά ερωτήματα.Το γεγονός είναι ότι κατάφεραν να παρατηρήσουν όλη τη διάρκεια ζωής μιας αναλογικής μαύρης τρύπας και να δουν πώς ξεκίνησε η ακτινοβολία Hawking. Μελλοντική έρευνα θα μπορούσε να προσπαθήσει να συγκρίνει τα αποτελέσματα της εργασίας με προβλέψεις για το τι θα συνέβαινε σε μια πραγματική μαύρη τρύπα. Με αυτόν τον τρόπο, οι επιστήμονες θα μπορούν να δουν εάν η «πραγματική» ακτινοβολία Hawking ξεκινά από το μηδέν και στη συνέχεια αυξάνεται, όπως παρατήρησαν οι φυσικοί κατά τη διάρκεια του πειράματος.
Μια πραγματική μαύρη τρύπα έχει δύο ορίζοντες:το εξωτερικό είναι ο ορίζοντας γεγονότος (ακριβέστερα, ο ορίζοντας της ορατότητας) και το εσωτερικό είναι ο ορίζοντας Cauchy. Υπάρχει μια περιοχή Τ μεταξύ των δύο οριζόντων, όπου η κίνηση οποιωνδήποτε αντικειμένων είναι δυνατή μόνο σε μία κατεύθυνση: το φως, το σωματίδιο ή το άτομο θα κινηθεί μόνο προς τα μέσα. Οι παλιρροιακές δυνάμεις θα αυξηθούν καθώς κινείτε σε αυτήν την περιοχή προς τον εσωτερικό ορίζοντα του Cauchy. Παραδόξως, κάτω από αυτό, η κίνηση του αντικειμένου προς το κέντρο επιβραδύνεται δραματικά (κατά μία έννοια, στις συντεταγμένες που συνοδεύουν το ίδιο το αντικείμενο).
Αφού σταματήσετε στη συνοδείασυντεταγμένες, αρχίζει να ωθείται προς τα έξω - σε ένα άλλο σύμπαν (η τοπολογία για πραγματικές μαύρες τρύπες είναι ασήμαντη, υπάρχει μια σύνδεση μεταξύ διαφορετικών κόσμων σε αυτό και το αντικείμενο πρέπει να ωθηθεί σε ένα άλλο σύμπαν). Στο σημείο στάσης (ονομάζεται επίσης σημείο καμπής, σημείο λαιμού), υπάρχουν μέγιστες παλιρροιακές δυνάμεις για μια δεδομένη μαύρη τρύπα, ένα δεδομένο αντικείμενο και οι αρχικές συνθήκες για την πτώση αυτού του αντικειμένου (σε άλλες συνθήκες, αυτή η μέγιστη να είστε διαφορετικοί, αλλά πάντα πεπερασμένοι).
Στην περιοχή μέσα στον εσωτερικό ορίζονταη βαρυτική έλξη είναι πολύ χαμηλότερη, έτσι τα αντικείμενα μπορούν να κινηθούν ελεύθερα και δεν προσελκύονται πλέον στο κέντρο της μαύρης τρύπας. Ωστόσο, εξακολουθούν να μην μπορούν να αφήσουν τη μαύρη τρύπα επειδή δεν μπορούν να περάσουν από τον εσωτερικό ορίζοντα προς την αντίθετη κατεύθυνση (δηλαδή, κατευθυνόμενοι προς τον ορίζοντα συμβάντων).
Ουσιαστικά, ο ορίζοντας συμβάντων είναι η εξωτερική σφαίρα.μαύρη τρύπα, και μέσα σε αυτήν υπάρχει μια μικρή σφαίρα που ονομάζεται εσωτερικός ορίζοντας. Εάν ένα άτομο πέσει πέρα από τον εσωτερικό ορίζοντα, θα παραμείνει κολλημένος σε μια μαύρη τρύπα. Αλλά τουλάχιστον δεν θα αισθανθεί την αδιανόητη φυσική του να είναι μέσα του. Το άτομο θα βρεθεί σε ένα πιο «φυσιολογικό» περιβάλλον, καθώς η δύναμη της βαρύτητας θα είναι χαμηλότερη και δεν θα είναι πλέον δυνατή η αίσθηση πια.
Μερικοί φυσικοί έχουν προβλέψει ότι ότανη αναλογική μαύρη τρύπα σχηματίζει έναν εσωτερικό ορίζοντα, η ακτινοβολία που εκπέμπει γίνεται ισχυρότερη. Είναι ενδιαφέρον, αυτό ακριβώς συνέβη στην αναλογική μαύρη τρύπα που δημιούργησαν οι ερευνητές του Technion. Έτσι, αυτή η μελέτη μπορεί να εμπνεύσει άλλους φυσικούς να μελετήσουν την επίδραση του σχηματισμού ενός εσωτερικού ορίζοντα στην ένταση της ακτινοβολίας Hawking.
Διαβάστε επίσης
Δημιουργήθηκε ο πρώτος ακριβής χάρτης του κόσμου. Τι συμβαίνει με όλους τους άλλους;
Οι επιστήμονες έχουν καταγράψει για πρώτη φορά πώς σχηματίζονται πλανήτες γύρω από αστέρια χαμηλής μάζας
Ανακαλύφθηκε ένα αντιγηραντικό φάρμακο που αφαιρεί τα γηρασμένα κύτταρα