Perusfysiikan tutkimuksen suurin este on kyvyttömyys testata
Mitä Hawking ennusti?
Vuonna 1974 Stephen Hawking yllätti fyysikot kaikessamaailmassa, jossa todetaan, että mustien aukkojen tapahtumahorisonttien äärimmäinen gravitaatiovoima luo virtuaalisia hiukkasia. Ne lähettävät niitä, kunnes niiden energia loppuu ja haihtuu kokonaan.
Ennen kuin Hawking keksi vallankumouksellisensateorian mukaan mustia aukkoja pidettiin ihanteellisina mustina esineinä, joista mikään hiukkanen ei voinut paeta. Fyysikko on kuitenkin varma, että heillä on oma säteilynsä. Pohjimmiltaan se on lämpösäteilyn kvanttiprosessi, jota mustat aukot säteilevät spontaanisti. Joten mustien aukkojen massa ja niiden pyörimisenergia vähenevät vähitellen. Tämän seurauksena ne voivat kadota kokonaan.
Mikä on Unruh-efekti?
Täyttävä vaikutus Davis Unruh ensimmäistä kertaaehdotettiin 1970-luvulla. Tämä on yksi kvanttikenttäteorian monista ennusteista. Sen mukaan tyhjää tyhjiötä ei ole olemassa. Itse asiassa mikä tahansa avaruuden "tasku" on täynnä loputtomia värähtelyjä kvanttimittakaavassa. Jos niille annetaan tarpeeksi energiaa, ne "räjähtävät" spontaanisti hiukkas-antihiukkas-pareiksi, jotka melkein välittömästi tuhoavat toisensa. Teorian mukaan mikä tahansa hiukkanen - oli se sitten aine tai valo - on yksinkertaisesti tämän kvanttikentän paikallinen viritys.
Mitä yhteistä niillä on?
Unruh-efekti aiheuttaa tilaanopeasti kiihtyvien esineiden ympärillä näyttää olevan lukuisia virtuaalisia hiukkasia, jotka antavat niille hehkua. Koska se liittyy läheisesti Hawkingin säteilyyn, jossa hiukkaset ilmestyvät spontaanisti mustien aukkojen reunoihin, tutkijat ovat pitkään pyrkineet havaitsemaan sellaisen vihje toisen olemassaolosta. Mutta tämä on mahdotonta tehdä. Joka tapauksessa näin fyysikot ajattelivat aiemmin.
Miksi niiden todistaminen on vaikeaa?
Samanlainen kuin Hawking-säteilyn testausvaatii mustan aukon, Unruh-ilmiö vaatii valtavia kiihtyvyksiä tuottaakseen hehkun, joka voidaan nähdä. Sen uskottiin olevan niin heikko, että sitä ei voitu mitata nykytekniikalla.
Kvanttiteorian mukaan paikallaan oleva atomi voilisää sen energiaa vain, kun todellinen fotoni virittää yhden elektroneistaan. Kuitenkin kiihtyvälle atomille kvanttikentän vaihtelut voivat "näyttää" todellisilta fotoneilta. Hänen "näkökulmastaan" se kulkee lämpimien valohiukkasten joukon läpi, jotka lämmittävät atomia. Tämä lämpö voi olla Unruh-ilmiön merkki.
Ongelmana on, mikä kiihtyvyys saadaanmahdotonta jopa Suuressa hadronitörmäyttimessä. Atomin on kiihdyttävä valonnopeuteen alle miljoonasosassa sekunnissa, samalla kun se kokee kvadriljoonan metrin voiman sekunnissa neliössä antaakseen tarpeeksi valoa, jonka nykyaikaiset ilmaisimet havaitsevat.
Yksinkertaisesti sanottuna, nähdä tämän vaikutuksen takanalyhyen ajan, tarvitset vain uskomattoman kiihtyvyyden. Jos käytämme ihmiskunnan käytettävissä olevia nopeuksia, meidän on odotettava enemmän aikaa kuin maailmankaikkeus on olemassa.
Minkä kokeen tutkijat keksivät?
Fyysikot keksivät kuitenkin, kuinka kokeillaHuono vaikutus korkean intensiteetin laserilla. Kävi ilmi, että jos ne vaikuttavat kiihdytettyyn hiukkaseen, vaikutus kasvaa niin paljon, että se voidaan mitata. Tiedemiehet havaitsivat myös, että on mahdollista tehdä kiihdytetystä aineesta läpinäkyvä tasapainottamalla hienovaraisesti hiukkasten kiihtyvyys ja hidastuminen.
Miten se toimii?
Kvanttivaihtelut tihenevätfotonien ansiosta. Tämä tarkoittaa, että atomi, joka on pakotettu liikkumaan tyhjiössä korkean intensiteetin laservalon vaikutuksesta, voisi teoriassa aiheuttaa Unruh-ilmiön jo melko pienillä kiihtyvyyksillä Ongelmana on, että atomi voi myös olla vuorovaikutuksessa laservalon kanssa absorboimalla sitä, jolloin lisää energiatasoaan. Syntynyt lämpö vaimentaa lopulta Unruh-ilmiötä.
Mutta fyysikot ovat keksineet ratkaisun tehtäväksifotonit ovat näkymättömiä. Jos atomin täytyy "kahlata" fotonikentän läpi, se ei välttämättä "näe" tietyn taajuuden fotoneja, mikä tekee niistä atomille käytännössä näkymättömiä. Lopulta, yhdistämällä peräkkäin kaikki nämä kiertotavat, tutkijat voivat testata Unruh-ilmiön tietyllä valotaajuudella.
Mikä lopputulos on?
Kokeen elävöittäminen ei tule olemaan helppoa. Tutkijat rakentavat laboratoriohiukkaskiihdyttimen, joka kiihdyttää elektronin valonnopeuteen säteilyttämällä sitä mikroaaltosäteellä. Jos he löytävät vaikutuksen, he tekevät kokeita, jotka löytävät yhteyden Einsteinin teorian välillä. suhteellisuusteoria ja kvanttimekaniikka. Tämä on yksi fysiikan suurimmista ongelmista. Lisäksi Unruh-ilmiötä tarkkailemalla tutkijat vahvistavat Hawkingin oikeellisuuden mustien aukkojen suhteen.
Lue lisää:
"Tämä on tieteisfiktiota": tiedemiehet luovat täysin uudenlaisia kvanttitietokoneita
On luotu erittäin nopea kvanttitietokone, joka suorittaa toiminnon 6,5 nanosekunnissa
Mitä ovat supergeenit ja miten ne tekevät eläimistä niin outoja