Kuinka mustat aukot "toimivat"?
Черные дыры — это области в космосе, где гравитация очень сильна. Причем
В обычной черной дыре излучение Хокинга появляется, когда у горизонта событий возникает пара виртуальных частиц, которая превращается в пару «частица-античастица». При этом одна частица падает за горизонт, а другая улетает прочь.
Mitä Hawking ennusti?
Teoreettinen fyysikko Stephen Hawking ennusti:vaikka mikään ei voi jättää mustia aukkoja, ne itse lähettävät spontaanisti rajoitetun määrän valoa. Se tunnetaan nimellä Hawking-säteily. Fyysikon ennusteiden mukaan tämä säteily on spontaania (ts. Se syntyy tyhjästä) ja paikallaan (ts. Sen intensiteetti ei muutu paljon ajan myötä).
Излучение Хокинга — главный аргумент ученых относительно распада (испарения) небольших черных дыр, которые теоретически могут возникнуть в ходе экспериментов на БАК — Большом адронном коллайдере. На этом эффекте основана идея сингулярного реактора — устройства для получения энергии из черной дыры за счет излучения Хокинга.
Автор: Maximilien Brice, CERN — CERN Document Server, CC BY-SA 3.0
В. Грибов в дискуссии с Я. Зельдовичем настаивал на том, что благодаря квантовому туннелированию черные дыры должны излучать частицы. Еще до публикации своей работы Хокинг посетил Москву в 1973 году, где он встречался с советскими учеными Яковом Зельдовичем и Алексеем Старобинским. Они продемонстрировали Хокингу, что в соответствии с принципом неопределенности квантовой механики вращающиеся черные дыры должны порождать и излучать частицы.
Hawkingin ennusteiden mukaan mustan säteilyreikä on spontaani. Uudessa tutkimuksessaan tutkijat pyrkivät selvittämään, onko heidän mustan aukonsa säteily myös paikallaan (ts. Pysyykö se vakiona ajan myötä).
Mitä tutkijat selvisivät?
Tutkijat Israel TechTechnion-instituutti teki äskettäin tutkimuksen, jonka tarkoituksena oli testata Hawkingin teoreettisia ennusteita. Erityisesti he tutkivat, onko vastaava Hawking-säteily laboratorio-olosuhteissa syntyneessä "keinotekoisessa mustassa aukossa" paikallaan.
Если вы войдете внутрь горизонта событий, то не сможете выбраться отсюда даже для света. Излучение Хокинга начинается сразу за горизонтом событий, откуда свет едва может уйти. Это действительно странно, потому что там ничего нет; это пустое пространство. Но это излучение начинается из ничего, выходит и идет к Земле.
Джефф Штайнхауэр, один из исследователей в интервью для ScienceX
Kuinka tutkijat loivat keinotekoisen mustan aukon?
Israelin luoma keinotekoinen musta aukkotutkijoiden mukaan, pituus oli noin 0,1 mm ja se valmistettiin kaasusta, joka koostui 8000 rubidiumatomista. Tämä on suhteellisen pieni määrä atomeja. Aina kun tutkijat valokuvasivat sen, musta aukko romahti. Niinpä, jotta he voisivat tarkkailla sen kehitystä ajan myötä, heidän oli luotava musta aukko, valokuvaava se ja sitten luotava toinen. Tämä prosessi toistettiin useita kertoja kuukausien aikana.
Tutkijoiden luomat analogiset mustat aukot. Luotto: Kolobov et ai.
Tämän analogin lähettämä Hawking-säteilymusta aukko, koostuu ääniaalloista, ei valosta. Rubidiumatomit liikkuvat nopeammin kuin äänen nopeus, joten ääniaallot eivät pääse tapahtumahorisonttiin eivätkä pääse mustasta aukosta. Tapahtumahorisontin ulkopuolella kaasu virtaa kuitenkin hitaasti, joten ääniaallot voivat liikkua vapaasti.
Rubidium virtaa nopeasti, nopeammin kuin äänen nopeus, jatämä tarkoittaa, että ääni ei voi mennä virtausta vastaan. Oletetaan, että henkilö yrittää uida virtaa vastaan. Jos tämä virta liikkuu nopeammin kuin hän pystyy uimaan, eteenpäin siirtyminen on yksinkertaisesti mahdotonta. Uimari työnnetään jatkuvasti taaksepäin - virta liikkuu liian nopeasti ja vastakkaiseen suuntaan. Tämän seurauksena henkilö juuttuu yhteen paikkaan. Näin on olla jumissa mustassa aukossa ja yrittää päästä tapahtumahorisonttiin sisältäpäin.
Излучение Хокинга состоит из пар фотонов (то есть легких частиц): один выходит из черной дыры, а другой падает обратно в нее. Пытаясь идентифицировать излучение Хокинга, испускаемое аналоговой черной дырой, ученые искали похожие пары звуковых волн, одна выходила из черной дыры, а другая двигалась в нее. После того, как они идентифицировали эти пары звуковых волн, исследователи попытались определить, существуют ли между ними корреляции. Физики повторили свой эксперимент 97 000 раз — это 124 дня непрерывных измерений. В итоге исследователи обнаружили, что у аналога черной дыры возникает пара звуковых волн, а также подтвердили корреляцию между ними.
Tulokset näyttävät vahvistavan kaikenmustien aukkojen säteily on paikallaan, kuten Hawking ennusti. Vaikka nämä tulokset liittyvät ensisijaisesti niiden luomaan analogiseen mustaan aukkoon, teoreettiset tutkimukset voivat auttaa vahvistamaan, voidaanko niitä soveltaa todellisiin mustiin aukkoihin.
Mikä lopputulos on?
Исследование ученых поднимает важные вопросы. Дело в том, что им удалось наблюдать все время жизни аналоговой черной дыры и увидеть, как началось излучение Хокинга. В будущих исследованиях можно попытаться сравнить результаты работы с предсказаниями о том, что произойдет в реальной черной дыре. Таким образом, ученые смогут увидеть, начинается ли «настоящее» излучение Хокинга с нуля, а затем увеличивается, как и наблюдали физики вовремя эксперимента.
Todellisella mustalla aukolla on kaksi horisonttia:ulompi on tapahtumahorisontti (tarkemmin sanoen näkyvyyshorisontti) ja sisempi on Cauchyn horisontti. Kahden horisontin välissä on T-alue, jossa minkä tahansa esineen liike on mahdollista vain yhteen suuntaan: valo, hiukkanen tai henkilö liikkuu vain sisäänpäin. Vuorovesien voimat kasvavat, kun siirryt tällä alueella kohti sisäistä Cauchyn horisonttia. Yllättäen sen alla kohteen liike kohti keskustaa hidastuu dramaattisesti (tavallaan itse objektin mukana olevissa koordinaateissa).
Pysähtyessään hoitohenkilökunnallekoordinaatit, se alkaa työntyä ulospäin - toiseen universumiin (todellisten mustien aukkojen topologia ei ole triviaali, eri maailmankaikkeuksien välillä on yhteys, ja esine on työnnettävä ulos toiseen universumiin). Pysähdyskohdassa (jota kutsutaan myös käännekohdaksi, kurkkupisteeksi) on suurimmat vuorovesivoimat tietylle mustalle aukolle, tietylle esineelle ja tämän kohteen putoamisen alkuolosuhteet (muissa olosuhteissa tämä maksimiarvo on erilainen , mutta aina rajallinen).
Sisäisen horisontin sisäpuolella olevalla alueellaгравитационное притяжение намного ниже, поэтому объекты могут свободно перемещаться и больше не притягиваются к центру черной дыры. Тем не менее, они все еще не могут покинуть черную дыру, поскольку не могут пройти через внутренний горизонт в противоположном направлении (т. е. направляясь к горизонту событий).
По сути, горизонт событий — это внешняя сфера musta aukko, ja sen sisällä on pieni pallo, jota kutsutaan sisähorisontiksi. Jos henkilö putoaa sisäisen horisontin ulkopuolelle, hän on edelleen jumissa mustassa aukossa. Mutta ainakaan hän ei tunne käsittämätöntä fysiikkaa siinä olemisesta. Henkilö joutuu "normaalimpaan" ympäristöön, koska painovoima on pienempi eikä sitä voida enää tuntea.
Jotkut fyysikot ovat ennustaneet, milloinanaloginen musta aukko muodostaa sisäisen horisontin, sen lähettämä säteily vahvistuu. Mielenkiintoista on, että juuri näin tapahtui Technionin tutkijoiden luomassa analogisessa mustassa aukossa. Siten tämä tutkimus voi innostaa muita fyysikkoja tutkimaan sisäisen horisontin muodostumisen vaikutusta Hawkingin säteilyintensiteettiin.
Lue myös
Ensimmäinen tarkka maailmankartta luotiin. Mitä vikaa kaikilla muilla on?
Tutkijat ovat ensimmäistä kertaa kirjaaneet, kuinka planeetat muodostuvat pienimassisten tähtien ympärille
Ikääntymistä estävä lääke, joka poistaa vanhenevat solut, on löydetty