Hogyan "működnek" a fekete lyukak?
A fekete lyukak olyan területek az űrben, ahol nagyon erős a gravitáció. Ráadásul
Hawking-sugárzás egy közönséges fekete lyukbanakkor jelenik meg, amikor egy virtuális részecskepár jelenik meg az eseményhorizontban, amely részecske-antirészecske párossá válik. Ebben az esetben az egyik részecske a horizonton túlra esik, a másik pedig elrepül.
Mit jósolt Hawking?
Stephen Hawking elméleti fizikus megjósolta:bár semmi nem hagyhat fekete lyukakat, ők maguk spontán korlátozott mennyiségű fényt bocsátanak ki. Hawking-sugárzás néven ismert. A fizikus jóslatai szerint ez a sugárzás spontán (vagyis a semmiből fakad) és helyhez kötött (vagyis intenzitása az idő múlásával nem sokat változik).
A Hawking-sugárzás a tudósok fő érvea kis fekete lyukak bomlását (párolgását), amely elméletileg az LHC-Large Hadron Collider kísérletei során keletkezhet. Ez a hatás az alapja egy egyedi reaktor ötletének - egy olyan eszköznek, amely Hawking-sugárzással energiát nyer egy fekete lyukból.
Szerző: Maximilien Brice, CERN — CERN dokumentumszerver, CC BY-SA 3.0
V. Gribov megbeszélésen Ya.Zeldovich ragaszkodott ahhoz, hogy a kvantumalagútnak köszönhetően a fekete lyukak részecskéket bocsátanak ki.Már munkája publikálása előtt Hawking 1973-ban Moszkvába látogatott, ahol találkozott Jakov Zeldovics és Alekszej Sztarobinszkij szovjet tudósokkal. Bebizonyították Hawkingnak, hogy a kvantummechanika bizonytalansági elve szerint a forgó fekete lyukaknak részecskéket kell generálniuk és kibocsátani.
Hawking jóslatai szerint a fekete sugárzásalyuk spontán. Új tanulmányukban a tudósok arra törekedtek, hogy kiderítsék, a fekete lyuk által kibocsátott sugárzás is helyhez kötött-e (azaz az állandó marad-e az idő múlásával).
Mit tudtak meg a tudósok?
Az Israel Tech kutatóiA Technion Intézet nemrégiben kutatásokat végzett Hawking elméleti jóslatainak tesztelésére. Különösen azt vizsgálták, hogy a laboratóriumi körülmények között létrehozott "mesterséges fekete lyukban" a Hawking-sugárzás egyenértékű-e.
Ha bemész az eseményhorizontba, akkor nemakkor is el lehet jutni innen, ha van fény. A Hawking-sugárzás közvetlenül az eseményhorizonton túl kezdődik, ahonnan a fény alig tud kiszabadulni. Nagyon furcsa, mert nincs ott semmi; ez üres hely. De ez a sugárzás a semmiből indul ki, kijön és a Földre megy.
Jeff Steinhauer, az egyik kutató a ScienceX-nek adott interjújában
Hogyan hoztak létre a tudósok egy mesterséges fekete lyukat?
Mesterséges fekete lyuk, amelyet az izraeliek hoztak létretudósok, körülbelül 0,1 mm hosszúak voltak, és 8000 rubídiumatomot tartalmazó gázból készítették. Ez viszonylag kis számú atom. Valahányszor a kutatók lefényképezték, a fekete lyuk összeomlott. Így annak evolúciójának megfigyeléséhez az idő múlásával fekete lyukat kellett létrehozniuk, lefényképezniük, majd létrehozniuk egy újat. Ez a folyamat hónapok alatt sokszor megismétlődött.
A kutatók által létrehozott analóg fekete lyuk. Hitel: Kolobov et al.
Az analóg által kibocsátott Hawking-sugárzásfekete lyuk, hanghullámokból áll, nem fényből. A rubídium atomok gyorsabban mozognak, mint a hangsebesség, így a hanghullámok nem tudják elérni az esemény horizontját, és nem tudnak elmenekülni a fekete lyukból. Az eseményhorizonton kívül azonban a gáz lassan áramlik, így a hanghullámok szabadon mozoghatnak.
A rubídium gyorsan, gyorsabban áramlik, mint a hang sebessége, ésez azt jelenti, hogy a hang nem mehet szembe az áramlással. Tegyük fel, hogy az ember megpróbál úszni az áramlat ellen. Ha ez az áram gyorsabban megy, mint amennyire képes úszni, akkor egyszerűen lehetetlen továbblépni. Az úszót folyamatosan hátratolják - a patak túl gyorsan és ellentétesen mozog. Ennek eredményeként az ember elakad egy helyen. Ez az, amikor egy fekete lyukba ragadunk, és belülről próbáljuk elérni az esemény horizontját.
A Hawking-sugárzás fotonpárokból áll (pl.könnyű részecskék): az egyik kijön a fekete lyukból, a másik pedig visszazuhan abba. Az analóg fekete lyuk által kibocsátott Hawking-sugárzás azonosítása érdekében a tudósok hasonló hanghullámpárokat kerestek, amelyek közül az egyik kijön a fekete lyukból, a másik pedig bejutott abba. Miután azonosították ezeket a hanghullámpárokat, a kutatók megpróbálták megállapítani, hogy van-e összefüggés köztük. A fizikusok 97 000-szer megismételték kísérletüket – ez 124 nap folyamatos mérést jelent. Ennek eredményeként a kutatók felfedezték, hogy egy pár hanghullám jelenik meg a fekete lyuk analógján, és megerősítették a köztük lévő összefüggést.
Összességében úgy tűnik, hogy az eredmények ezt megerősítika fekete lyukak által kibocsátott sugárzás helyhez kötött, ahogy Hawking megjósolta. Míg ezek az eredmények elsősorban az általuk létrehozott analóg fekete lyukra vonatkoznak, az elméleti tanulmányok segíthetnek megerősíteni, hogy valódi fekete lyukakra is alkalmazhatók-e.
Mi a lényeg?
A tudósok tanulmánya fontos kérdéseket vet fel.A tény az, hogy képesek voltak megfigyelni egy analóg fekete lyuk teljes élettartamát, és láthatták, hogyan kezdődött a Hawking-sugárzás. A jövőbeli kutatások megpróbálhatják összehasonlítani a munka eredményeit a valódi fekete lyukak történéseire vonatkozó előrejelzésekkel. A tudósok így láthatják, hogy a „valódi” Hawking-sugárzás nulláról indul-e, majd növekszik, ahogy azt a fizikusok a kísérlet során megfigyelték.
Egy igazi fekete lyuknak két horizontja van:a külső az eseményhorizont (pontosabban a láthatósági horizont), a belső pedig a Cauchy-horizont. A két horizont között van egy T-régió, ahol bármilyen tárgy mozgása csak egy irányban lehetséges: a fény, egy részecske vagy egy személy csak befelé mozog. Az árapályerők növekedni fognak, amikor ezen a területen haladsz a belső Cauchy-horizont felé. Meglepő módon alatta a tárgy mozgása középpont felé drámai módon lelassul (bizonyos értelemben magát a tárgyat kísérő koordinátákban).
Miután megállt a kísérő létesítménybenkoordinátáival kezd kifelé tolódni - egy másik univerzumba (a valódi fekete lyukak topológiája nem triviális, összefüggés van benne a különböző univerzumok között, és az objektumot ki kell tolni egy másik univerzumba). A megállóhelyen (ezt fordulópontnak, torokpontnak is nevezik) maximális árapályerők vannak egy adott fekete lyukra, egy adott tárgyra, valamint a tárgy leesésének kezdeti feltételei (más körülmények között ez a maximális akarat legyen más, de mindig véges).
A belső láthatáron belüli területena gravitációs húzás sokkal alacsonyabb, így a tárgyak szabadon mozoghatnak, és már nem vonzódnak a fekete lyuk közepéhez. Azonban még mindig nem hagyhatják el a fekete lyukat, mert nem tudnak átmenni a belső horizonton az ellenkező irányba (vagyis az eseményhorizont felé tartanak).
Lényegében az eseményhorizont a külső gömb.fekete lyuk, és benne van egy kis gömb, az úgynevezett belső horizont. Ha egy személy túl esik a belső láthatáron, akkor is fekete lyukba ragad. De legalább nem fogja érezni a benne való elképzelhetetlen fizikát. A személy egy „normálisabb” környezetbe kerül, mivel a gravitációs erő kisebb lesz, és ezt már nem lehet érezni.
Néhány fizikus azt jósolta, hogy mikoraz analóg fekete lyuk belső horizontot képez, az általa kibocsátott sugárzás erősebbé válik. Érdekes módon pontosan ez történt a Technion kutatóinak által létrehozott analóg fekete lyukban. Így ez a tanulmány inspirálhatja más fizikusokat, hogy tanulmányozzák a belső horizont kialakulásának a Hawking-sugárzás intenzitására gyakorolt hatását.
Olvassa el
Létrehozták az első pontos világtérképet. Mi a baj mindenki mással?
A tudósok először rögzítették, hogyan alakulnak ki a bolygók az alacsony tömegű csillagok körül
Felfedeztek egy öregedésgátló gyógyszert, amely eltávolítja az öregedő sejteket