블랙홀은 어떻게 "작동"합니까?
블랙홀은 중력이 매우 강한 우주 공간입니다. 게다가
일반 블랙홀의 호킹 복사사건의 지평선에 한 쌍의 가상 입자가 나타날 때 나타나며, 이는 입자-반입자 쌍으로 변합니다. 이 경우 한 입자는 수평선 너머로 떨어지고 다른 입자는 날아갑니다.
호킹은 무엇을 예측 했습니까?
이론 물리학자인 Stephen Hawking은 다음과 같이 예측했습니다.블랙홀을 남길 수는 없지만 스스로 제한된 양의 빛을 발산합니다. 호킹 방사선으로 알려져 있습니다. 물리학 자의 예측에 따르면,이 방사선은 자발적이고 (즉, 아무것도 발생하지 않음) 고정적입니다 (즉, 강도는 시간이 지남에 따라 크게 변하지 않음).
호킹 방사선은 과학자들의 주요 주장입니다LHC-Large Hadron Collider에서의 실험 중에 이론적으로 발생할 수 있는 작은 블랙홀의 붕괴(증발)에 대해 설명합니다. 이 효과는 호킹 방사선을 사용하여 블랙홀에서 에너지를 얻는 장치인 단일 원자로 아이디어의 기초입니다.
저자: 막시밀리앙 브라이스, CERN — CERN 문서 서버, CC BY-SA 3.0
V. Gribov가 Ya.젤도비치는 양자 터널링 덕분에 블랙홀이 입자를 방출해야 한다고 주장했고, 호킹은 자신의 작품이 출판되기도 전에 1973년 모스크바를 방문하여 소련 과학자 야코프 젤도비치와 알렉세이 스타로빈스키를 만났다. 그들은 양자역학의 불확정성 원리에 따라 회전하는 블랙홀이 입자를 생성하고 방출해야 한다는 것을 호킹에게 증명했습니다.
Hawking의 예측에 따르면 검은 색의 방사능은구멍은 자발적입니다. 새로운 연구에서 과학자들은 블랙홀에서 방출되는 방사선도 고정되어 있는지 (즉, 시간이 지남에 따라 일정하게 유지되는지) 알아 내기 시작했습니다.
과학자들은 무엇을 알아 냈습니까?
Israel Tech 연구원Technion Institute는 최근 Hawking의 이론적 예측을 테스트하기위한 연구를 수행했습니다. 특히 그들은 실험실 조건에서 생성 된 "인공 블랙홀"에서 호킹 방사선에 해당하는 것이 정지되어 있는지 여부를 연구했습니다.
사건의 지평선 안으로 들어가면빛이 있어도 여기서 나갈 수 있어요. 호킹 복사는 빛이 거의 탈출할 수 없는 사건의 지평선 바로 너머에서 시작됩니다. 거기에는 아무것도 없기 때문에 정말 이상합니다. 이것은 빈 공간입니다. 하지만 이 방사선은 무(無)에서 시작해서 나와서 지구로 갑니다.
ScienceX와의 인터뷰에 참여한 연구원 중 한 명인 Jeff Steinhauer
과학자들은 어떻게 인공 블랙홀을 만들었습니까?
이스라엘 사람들이 만든 인공 블랙홀과학자들은 길이가 약 0.1mm이고 8,000 루비듐 원자로 구성된 가스로 만들어졌습니다. 이것은 상대적으로 적은 수의 원자입니다. 연구자들이 사진을 찍을 때마다 블랙홀이 무너졌습니다. 따라서 시간이 지남에 따라 진화하는 것을 관찰하기 위해 블랙홀을 만들고 사진을 찍은 다음 또 다른 블랙홀을 만들어야했습니다. 이 과정은 몇 달 동안 여러 번 반복되었습니다.
연구자들이 만든 아날로그 블랙홀. 크레딧 : Kolobov et al.
이 아날로그에서 방출되는 호킹 방사선블랙홀은 빛이 아닌 음파로 구성됩니다. 루비듐 원자는 소리의 속도보다 빠르게 움직이기 때문에 음파는 이벤트 지평선에 도달하여 블랙홀에서 벗어날 수 없습니다. 그러나 이벤트 지평선 밖에서는 가스가 천천히 흐르기 때문에 음파가 자유롭게 움직일 수 있습니다.
루비듐은 음속보다 빠르게 흐르고이것은 소리가 흐름에 반대 될 수 없음을 의미합니다. 한 사람이 해류에 맞서 수영하려고한다고 가정 해 봅시다. 이 흐름이 그가 수영 할 수있는 것보다 더 빨리 움직이면 앞으로 나아가는 것은 불가능합니다. 수영자는 끊임없이 뒤로 밀려납니다. 스트림이 너무 빨리 반대 방향으로 움직입니다. 결과적으로 사람은 한곳에 갇히게됩니다. 이것은 블랙홀에 갇혀 내부에서 사건의 지평선에 도달하려고하는 것과 같습니다.
호킹 방사선은 광자 쌍으로 구성됩니다(즉,가벼운 입자): 하나는 블랙홀에서 나오고 다른 하나는 블랙홀로 다시 떨어집니다. 아날로그 블랙홀에서 방출되는 호킹 복사를 식별하기 위해 과학자들은 유사한 음파 쌍을 찾았습니다. 하나는 블랙홀에서 나오고 다른 하나는 블랙홀로 이동합니다. 연구진은 이러한 음파 쌍을 식별한 후 이들 사이에 상관 관계가 있는지 확인하려고 노력했습니다. 물리학자들은 124일간의 연속 측정에 해당하는 97,000번의 실험을 반복했습니다. 그 결과, 연구자들은 블랙홀 유사체에 한 쌍의 음파가 나타나는 것을 발견하고 이들 사이의 상관관계도 확인했습니다.
전반적으로 결과는호킹이 예측했듯이 블랙홀에서 방출되는 방사선은 고정되어 있습니다. 이러한 결과는 주로 그들이 만든 아날로그 블랙홀과 관련이 있지만 이론적 연구는 실제 블랙홀에도 적용될 수 있는지 확인하는 데 도움이 될 수 있습니다.
결론은 무엇입니까?
과학자들의 연구는 중요한 질문을 제기합니다.사실 그들은 아날로그 블랙홀의 전체 수명을 관찰하고 호킹 복사가 어떻게 시작되었는지 확인할 수 있었습니다. 향후 연구에서는 연구 결과를 실제 블랙홀에서 일어날 일에 대한 예측과 비교하려고 시도할 수 있습니다. 이런 방식으로 과학자들은 물리학자들이 실험 중에 관찰한 것처럼 "실제" 호킹 방사선이 0에서 시작하여 증가하는지 여부를 확인할 수 있습니다.
실제 블랙홀에는 두 가지 지평이 있습니다.바깥 쪽은 사건 지평선 (더 정확하게는 가시성의 지평선)이고 안쪽은 코시 지평선입니다. 두 지평선 사이에는 어떤 물체 든 한 방향으로 만 이동할 수있는 T 영역이 있습니다. 빛, 입자 또는 사람은 안쪽으로 만 이동합니다. 이 지역에서 Cauchy 내부 지평선을 향해 이동함에 따라 조력이 증가합니다. 놀랍게도 그 아래에서 물체의 중심을 향한 움직임이 극적으로 느려집니다 (어떤 의미에서는 물체 자체에 수반되는 좌표에서).
직원 시설에 들른 후다른 우주로 밀려나 가기 시작합니다 (실제 블랙홀의 토폴로지는 사소하지 않고 다른 우주 사이에 연결이 있으며 물체는 다른 우주로 밀려 나야합니다). 정지 점 (전환점, 목점이라고도 함)에는 주어진 블랙홀, 주어진 물체 및이 물체의 낙하에 대한 초기 조건에 대한 최대 조력이 있습니다 (다른 조건에서이 최대 값은 다르지만 항상 유한합니다).
안쪽 지평선 안쪽 영역중력 장력이 훨씬 낮아 물체가 자유롭게 움직일 수 있고 더 이상 블랙홀의 중심에 끌리지 않습니다. 그러나 그들은 내부 지평선을 반대 방향으로 통과 할 수 없기 때문에 여전히 블랙홀을 떠날 수 없습니다 (즉, 이벤트 지평선으로 향함).
기본적으로 이벤트 지평선은 바깥 쪽 영역입니다.블랙홀 내부에는 내부 수평선이라고하는 작은 구체가 있습니다. 사람이 내면의 지평선 너머로 떨어지더라도 그는 여전히 블랙홀에 갇히게됩니다. 그러나 적어도 그는 그 안에있는 상상할 수없는 물리학을 느끼지 않을 것입니다. 그 사람은 중력이 더 낮아지고 더 이상 그것을 느낄 수 없을 것이기 때문에 더 "정상적인"환경에있게 될 것입니다.
일부 물리학 자들은아날로그 블랙홀은 내부 지평선을 형성하고 방출되는 복사선이 더 강해집니다. 흥미롭게도 이것은 Technion 연구원이 만든 아날로그 블랙홀에서 정확히 일어난 일입니다. 따라서이 연구는 다른 물리학 자들에게 호킹 방사선의 강도에 대한 내부 지평선 형성의 영향을 연구하도록 영감을 줄 수 있습니다.
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