Pagrindinė fundamentinės fizikos tyrimų kliūtis yra nesugebėjimas išbandyti
Ką prognozavo Hawkingas?
1974 metais Stephenas Hawkingas viskuo nustebino fizikuspasaulis, teigdamas, kad juodųjų skylių įvykių horizontuose esanti ekstremali gravitacinė jėga sukurs virtualias daleles. Jos jas išskirs tol, kol pritrūks energijos ir visiškai išgaruos.
Prieš tai, kai Hokingas sugalvojo savo revoliucionieriųteorija, juodosios skylės buvo laikomos idealiais juodais objektais, iš kurių negalėjo ištrūkti jokios dalelės. Tačiau fizikas įsitikinęs, kad jie turi savo spinduliuotę. Iš esmės tai yra kvantinis šiluminės spinduliuotės procesas, kurį spontaniškai skleidžia juodosios skylės. Taigi juodųjų skylių masė ir jų sukimosi energija palaipsniui mažėja. Dėl to jie gali visiškai išnykti.
Kas yra Unruh efektas?
Pilnas efektas Davis Unruh pirmą kartąpasiūlyta aštuntajame dešimtmetyje. Tai viena iš daugelio kvantinio lauko teorijos prognozių. Pagal ją tuščias vakuumas neegzistuoja. Tiesą sakant, bet kuri erdvės „kišenė“ yra užpildyta nesibaigiančiais kvantinės skalės virpesiais. Jei jiems suteikiama pakankamai energijos, jie spontaniškai „susprogsta“ į dalelių ir antidalelių poras, kurios beveik iš karto sunaikina viena kitą. Remiantis teorija, bet kuri dalelė – materija ar šviesa – yra tiesiog lokalizuotas šio kvantinio lauko sužadinimas.
Ką jie turi bendro?
Unruh efektas sukelia erdvęaplink greitai įsibėgėjančius objektus, atrodo, yra daugybė virtualių dalelių, kurios suteikia jiems švytėjimą. Kadangi tai yra glaudžiai susijusi su Hokingo spinduliuote, kai dalelės spontaniškai atsiranda juodųjų skylių pakraščiuose, mokslininkai jau seniai siekė aptikti tokią dalelę kaip užuomina į kito egzistavimą. Bet to padaryti neįmanoma. Bet kuriuo atveju fizikai taip manė anksčiau.
Kodėl sunku juos įrodyti?
Panašus į Hawkingo spinduliuotės testavimąreikia juodosios skylės, o Unruh efektui pasiekti reikia didžiulių pagreičių, kad būtų sukurtas švytėjimas, kurį būtų galima pamatyti. Manyta, kad jis toks silpnas, kad jo negalima išmatuoti naudojant šiuolaikines technologijas.
Pagal kvantinę teoriją nejudantis atomas galipadidinti jo energiją tik tada, kai tikras fotonas sužadina vieną iš jo elektronų. Tačiau greitėjančiam atomui kvantinio lauko svyravimai gali „atrodo“ kaip tikri fotonai. Žiūrint iš jo „požiūrio taško“, jis judės per šiltų šviesos dalelių, kurios kaitina atomą, kolekciją. Ši šiluma gali būti Unruh efekto ženklas.
Problema ta, kokį pagreitį reikia gautineįmanoma net Didžiajame hadronų greitintuve. Atomas turi įsibėgėti iki šviesos greičio per mažiau nei milijonąją sekundės dalį, tuo pačiu patirdamas kvadrilijono metrų per sekundę kvadratu jėgą, kad skleistų pakankamai šviesos, kurią aptiktų šiuolaikiniai detektoriai.
Paprastais žodžiais tariant, pamatyti šį poveikįtrumpą laiką, jums tiesiog reikia neįtikėtino pagreičio. Jei naudosime žmonijai prieinamus greičius, turėsime laukti daugiau laiko, nei egzistuoja Visata.
Kokį eksperimentą sugalvojo mokslininkai?
Tačiau fizikai suprato, kaip eksperimentuotiNepaprastas efektas naudojant didelio intensyvumo lazerius. Paaiškėjo, kad jei jie veiks pagreitintą dalelę, poveikis padidės tiek, kad jį bus galima išmatuoti. Mokslininkai taip pat išsiaiškino, kad pagreitintą medžiagą galima padaryti skaidrią subtiliai subalansuojant dalelių pagreitį ir lėtėjimą.
Kaip tai veiks?
Kvantiniai svyravimai tampa tankūsfotonų dėka. Tai reiškia, kad atomas, priverstas judėti vakuume, veikiamas didelio intensyvumo lazerio šviesos, teoriškai gali sukelti Unruh efektą net esant gana mažam pagreičiui. Problema ta, kad atomas taip pat gali sąveikauti su lazerio šviesa, ją sugerdamas didinant jo energijos lygį. Susidariusi šiluma galiausiai susilpnins Unruh efektą.
Tačiau fizikai sugalvojo sprendimąfotonai yra nematomi. Jei atomas turi „bristi“ per fotonų lauką, jis gali „nematyti“ tam tikro dažnio fotonų, todėl jie atomui bus praktiškai nematomi. Galiausiai, nuosekliai derindami visus šiuos sprendimus, mokslininkai galės išbandyti Unruh efektą esant tam tikram šviesos dažniui.
Kokia esmė?
Įgyvendinti eksperimentą nebus lengva. Mokslininkai sukurs laboratorinį dalelių greitintuvą, kuris pagreitins elektroną iki šviesos greičio, apšvitindami jį mikrobangų spinduliu. Jei aptiks efektą, su juo atliks eksperimentus, kurie ras ryšį tarp Einšteino teorijos reliatyvumo teorija ir kvantinė mechanika. Tai viena didžiausių fizikos problemų. Be to, stebėdami Unruh efektą, mokslininkai patvirtins Hawkingo teisingumą dėl juodųjų skylių.
Skaityti daugiau:
„Tai mokslinė fantastika“: mokslininkai sukuria iš esmės naujo tipo kvantinius kompiuterius
Sukurtas itin greitas kvantinis kompiuteris, kuris operaciją atlieka per 6,5 nanosekundės
Kas yra supergenai ir kaip jie daro gyvūnus tokius keistus