כיצד "עובדים" חורים שחורים?
חורים שחורים הם אזורים בחלל שבהם כוח הכבידה חזק מאוד. יתר על כך
קרינת הוקינג בחור שחור רגילמופיע כאשר זוג חלקיקים וירטואליים מופיע באופק האירועים, שהופך לזוג חלקיקים-אנטי-חלקיקים. במקרה זה, חלקיק אחד נופל מעבר לאופק, והשני עף משם.
מה ניבא הוקינג?
הפיזיקאי התיאורטי סטיבן הוקינג חזה:למרות ששום דבר לא יכול להשאיר חורים שחורים, הם עצמם פולטים באופן ספונטני אור מוגבל. זה ידוע בשם קרינת הוקינג. על פי תחזיות הפיזיקאי, קרינה זו היא ספונטנית (כלומר, היא נובעת מכלום) ונייחת (כלומר עוצמתה אינה משתנה הרבה לאורך זמן).
קרינת הוקינג היא הטיעון העיקרי של מדעניםלגבי ריקבון (אידוי) של חורים שחורים קטנים, שעלולים להיווצר תיאורטית במהלך ניסויים ב-LHC-Large Hadron Collider. אפקט זה הוא הבסיס לרעיון של כור יחיד - מכשיר להשגת אנרגיה מחור שחור באמצעות קרינת הוקינג.
מחבר: מקסימיליאן ברייס, CERN — שרת מסמכים של CERN, CC BY-SA 3.0
V. Gribov בדיון עם יא.זלדוביץ' התעקש שבזכות המנהור הקוונטי, חורים שחורים צריכים לפלוט חלקיקים עוד לפני פרסום עבודתו, ביקר הוקינג במוסקבה ב-1973, שם נפגש עם המדענים הסובייטים יעקב זלדוביץ' ואלכסיי סטרובינסקי. הם הוכיחו להוקינג שעל פי עקרון אי הוודאות של מכניקת הקוונטים, חורים שחורים מסתובבים צריכים ליצור ולפלוט חלקיקים.
על פי התחזיות של הוקינג, קרינת השחורחור הוא ספונטני. במחקר החדש שלהם, המדענים יצאו לברר האם הקרינה הנפלטת מהחור השחור שלהם היא גם נייחת (כלומר, האם היא נשארת קבועה לאורך זמן).
מה גילו המדענים?
חוקרים ב- Israel Techמכון הטכניון ערך לאחרונה מחקר שמטרתו לבדוק את התחזיות התיאורטיות של הוקינג. בפרט הם בדקו האם המקבילה לקרינת הוקינג ב"חור שחור מלאכותי "שנוצר בתנאי מעבדה הייתה נייחת.
אם אתה נכנס לאופק האירועים, אתה לאאתה יכול לצאת מכאן גם אם יש אור. קרינת הוקינג מתחילה ממש מעבר לאופק האירועים, שבו האור בקושי יכול לברוח. זה באמת מוזר כי אין שם כלום; זה חלל ריק. אבל הקרינה הזו מתחילה מכלום, יוצאת והולכת לכדור הארץ.
ג'ף שטיינהאואר, אחד החוקרים בראיון ל-ScienceX
כיצד יצרו מדענים חור שחור מלאכותי?
חור שחור מלאכותי שנוצר על ידי הישראליםמדענים, אורכו כ- 0.1 מ"מ והיה עשוי מגז המורכב מ- 8,000 אטומי רובידיום. זהו מספר קטן יחסית של אטומים. בכל פעם שהחוקרים צילמו את זה, החור השחור קרס. לכן, כדי להתבונן בהתפתחותו לאורך זמן, הם היו צריכים ליצור חור שחור, לצלם אותו ואז ליצור עוד אחד. תהליך זה חזר על עצמו פעמים רבות במהלך חודשים.
חור שחור אנלוגי שנוצר על ידי חוקרים. קרדיט: קולובוב ואח '.
קרינת הוק שנפלטת מאנלוג זהחור שחור, מורכב מגלי קול ולא מאור. אטומי רובידיום נעים מהר יותר ממהירות הקול, כך שגלי קול אינם יכולים להגיע לאופק האירועים ולהימלט מהחור השחור. עם זאת, מחוץ לאופק האירועים, הגז זורם לאט, כך שגלי קול יכולים לנוע בחופשיות.
רובידיום זורם מהר, מהיר יותר ממהירות הצליל, וזה אומר שהצליל לא יכול להתנגד לזרימה. נניח שאדם מנסה לשחות נגד הזרם. אם זרם זה נע מהר יותר מכפי שהוא מסוגל לשחות, אז פשוט אי אפשר להתקדם. השחיין נדחק כל הזמן לאחור - הנחל נע מהר מדי ובכיוון ההפוך. כתוצאה מכך, אדם נתקע במקום אחד. ככה זה להיתקע בחור שחור ולנסות להגיע לאופק האירועים מבפנים.
קרינת הוקינג מורכבת מזוגות של פוטונים (כלומר.חלקיקי אור): אחד יוצא מהחור השחור, והשני נופל בחזרה לתוכו. בניסיון לזהות קרינת הוקינג הנפלטת מחור שחור אנלוגי, מדענים חיפשו זוגות דומים של גלי קול, אחד יוצא מהחור השחור והשני נע לתוכו. לאחר שזיהו את זוגות גלי הקול הללו, החוקרים ניסו לקבוע אם יש מתאמים ביניהם. פיזיקאים חזרו על הניסוי שלהם 97,000 פעמים - כלומר 124 ימים של מדידות רצופות. כתוצאה מכך, החוקרים גילו שזוג גלי קול מופיע באנלוגי החור השחור, וגם אישרו את המתאם ביניהם.
בסך הכל נראה שהתוצאות מאששות זאתהקרינה הנפלטת מחורים שחורים היא נייחת, כפי שחזה הוקינג. בעוד שתוצאות אלה קשורות בעיקר לחור השחור האנלוגי שיצרו, מחקרים תיאורטיים יכולים לסייע באישור האם ניתן ליישם אותן על חורים שחורים אמיתיים.
מה השורה התחתונה?
המחקר של המדענים מעלה שאלות חשובות.העובדה היא שהם הצליחו לראות את כל חייו של חור שחור אנלוגי ולראות איך התחילה קרינת הוקינג. מחקר עתידי יכול לנסות להשוות את תוצאות העבודה עם תחזיות לגבי מה שיקרה בחור שחור אמיתי. בדרך זו, מדענים יוכלו לראות אם קרינת הוקינג "אמיתית" מתחילה באפס ואז מתגברת, כפי שצפו פיזיקאים במהלך הניסוי.
לחור שחור אמיתי יש שני אופקים:החיצוני הוא אופק האירועים (ליתר דיוק, אופק הראות) והפנימי הוא אופק הקוצ'י. בין שני האופקים קיים אזור T, שבו תנועה לכל אובייקט אפשרית רק בכיוון אחד: אור, חלקיק או אדם רק יזוזו פנימה. כוחות הגאות והשפל יגדלו ככל שתנועו באזור זה לעבר אופק הקאוצ'י הפנימי. באופן מפתיע, מתחתיו תנועת האובייקט לעבר המרכז מאטה דרמטית (במובן מסוים, בקואורדינטות הנלוות לאובייקט עצמו).
לאחר עצירה במתקן המלווהקואורדינטות, הוא מתחיל לדחוף החוצה - ליקום אחר (הטופולוגיה של חורים שחורים אמיתיים היא לא מקוונת, יש קשר בין יקומים שונים, ואת האובייקט יש לדחוף החוצה ליקום אחר). בנקודת העצירה (נקראת גם נקודת המפנה, נקודת הגרון), ישנם כוחות גאות מקסימליים עבור חור שחור נתון, אובייקט נתון והתנאים הראשוניים לנפילתו של אובייקט זה (בתנאים אחרים, מקסימום זה יהיה שונה , אבל תמיד סופי).
באזור בתוך האופק הפנימימשיכת הכבידה נמוכה בהרבה, כך שחפצים יכולים לנוע בחופשיות ואינם נמשכים עוד למרכז החור השחור. עם זאת, הם עדיין לא יכולים לעזוב את החור השחור מכיוון שהם אינם יכולים לעבור באופק הפנימי בכיוון ההפוך (כלומר, לכיוון אופק האירוע).
בעיקרו של דבר, אופק האירועים הוא התחום החיצוני.חור שחור, ובתוכו יש כדור קטן שנקרא האופק הפנימי. אם אדם נופל מעבר לאופק הפנימי, הוא עדיין יהיה תקוע בחור שחור. אבל לפחות הוא לא ירגיש את הפיזיקה הבלתי מתקבלת על הדעת להיות בה. האדם ימצא את עצמו בסביבה "רגילה" יותר, מכיוון שכוח הכבידה יהיה נמוך יותר, ולא ניתן יהיה להרגיש זאת יותר.
יש פיזיקאים שחזו מתיהחור השחור האנלוגי יוצר אופק פנימי, הקרינה שהוא פולט מתחזקת. מעניין שזה בדיוק מה שקרה בחור השחור האנלוגי שיצרו חוקרי הטכניון. לפיכך, מחקר זה עשוי לעורר פיזיקאים אחרים לחקור את ההשפעה של היווצרות אופק פנימית על עוצמת קרינת הוקינג.
קרא גם
המפה המדויקת הראשונה של העולם נוצרה. מה רע בכולם?
מדענים תיעדו לראשונה כיצד כוכבי לכת נוצרים סביב כוכבים בעלי מסה נמוכה
התגלתה תרופה נגד הזדקנות שמסירה תאי הזדקנות