Kā "darbojas" melnie caurumi?
Melnie caurumi ir vietas kosmosā, kur gravitācija ir ļoti spēcīga. Turklāt
Hokinga starojums parastā melnajā caurumāparādās, kad notikumu horizontā parādās virtuālo daļiņu pāris, kas pārvēršas par daļiņu-pretdaļiņu pāri. Šajā gadījumā viena daļiņa nokrīt aiz horizonta, bet otra aizlido.
Ko Hokings prognozēja?
Teorētiskais fiziķis Stīvens Hokings prognozēja:kaut arī nekas nevar atstāt melnos caurumus, viņi paši spontāni izstaro ierobežotu daudzumu gaismas. Tas ir pazīstams kā Hokinga starojums. Saskaņā ar fiziķa prognozēm šis starojums ir spontāns (tas ir, tas rodas no nekā) un stacionārs (tas ir, tā intensitāte laika gaitā daudz nemainās).
Hokinga starojums ir galvenais zinātnieku argumentspar mazo melno caurumu sabrukšanu (iztvaikošanu), kas teorētiski varētu rasties eksperimentu laikā LHC — lielajā hadronu paātrinātājā. Šis efekts ir pamats idejai par vienreizēju reaktoru - ierīci enerģijas iegūšanai no melnā cauruma, izmantojot Hokinga starojumu.
Autors: Maximilien Brice, CERN & # 8212; CERN dokumentu serveris, CC BY-SA 3.0
V. Gribovs diskusijā ar Ya.Zeldovičs uzstāja, ka, pateicoties kvantu tunelēšanai, melnajiem caurumiem jāizdala daļiņas.Vēl pirms sava darba publicēšanas Hokings 1973.gadā apmeklēja Maskavu, kur tikās ar padomju zinātniekiem Jakovu Zeldoviču un Alekseju Starobinski. Viņi pierādīja Hokingam, ka saskaņā ar kvantu mehānikas nenoteiktības principu melnajiem caurumiem ir jāģenerē un jāizstaro daļiņas.
Saskaņā ar Hokinga prognozēm melnais starojumscaurums ir spontāns. Jaunajā pētījumā zinātnieki nolēma noskaidrot, vai viņu melnā cauruma izstarotais starojums ir arī nekustīgs (t.i., vai tas laika gaitā paliek nemainīgs).
Ko zinātnieki uzzināja?
Pētnieki no Israel TechTechnion institūts nesen veica pētījumu, kura mērķis bija pārbaudīt Hokinga teorētiskās prognozes. Jo īpaši viņi pētīja, vai Hokinga starojuma ekvivalents laboratorijas apstākļos izveidotajā "mākslīgajā melnajā caurumā" bija nekustīgs.
Ja dodaties notikumu horizontā, jūs to nedarīsitjūs varat izkļūt no šejienes, pat ja ir gaisma. Hokinga starojums sākas tieši aiz notikumu horizonta, kur gaisma tik tikko var izkļūt. Tas ir patiešām dīvaini, jo tur nekā nav; šī ir tukša vieta. Bet šis starojums sākas no nekā, iznāk un iet uz Zemi.
Džefs Šteinhauers, viens no pētniekiem intervijā ar ScienceX
Kā zinātnieki izveidoja mākslīgu melno caurumu?
Izraēliešu radītais mākslīgais melnais caurumszinātnieku, garums bija aptuveni 0,1 mm, un to ražoja no gāzes, kas sastāv no 8000 rubīdija atomiem. Tas ir salīdzinoši mazs atomu skaits. Katru reizi, kad pētnieki to nofotografēja, melnā bedre sabruka. Tādējādi, lai novērotu tā attīstību laika gaitā, viņiem bija jāizveido melnais caurums, tas jāfotografē un pēc tam jāizveido vēl viens. Mēnešu laikā šis process tika atkārtots daudzas reizes.
Analogs melnais caurums, ko radījuši pētnieki. Kredīts: Kolobovs et al.
Šī analoga izstarotā Hokinga radiācijamelnais caurums, sastāv no skaņas viļņiem, nevis no gaismas. Rubidija atomi pārvietojas ātrāk nekā skaņas ātrums, tāpēc skaņas viļņi nevar sasniegt notikuma horizontu un izkļūt no melnā cauruma. Tomēr ārpus notikuma horizonta gāze plūst lēnām, tāpēc skaņas viļņi var brīvi pārvietoties.
Rubīdijs plūst ātri, ātrāk nekā skaņas ātrums, untas nozīmē, ka skaņa nevar būt pretrunā plūsmai. Pieņemsim, ka cilvēks mēģina peldēt pret straumi. Ja šī straume pārvietojas ātrāk, nekā viņš spēj peldēt, tad virzīties uz priekšu ir vienkārši neiespējami. Peldētājs pastāvīgi tiek virzīts atpakaļ - straume virzās pārāk ātri un pretējā virzienā. Tā rezultātā cilvēks iestrēgst vienā vietā. Tas ir tas, kas ir iesprūst melnajā caurumā un mēģināt sasniegt notikumu horizontu no iekšpuses.
Hokinga starojums sastāv no fotonu pāriem (t.i.gaismas daļiņas): viena iziet no melnā cauruma, bet otra iekrīt tajā atpakaļ. Mēģinot identificēt Hokinga starojumu, ko izstaro analogais melnais caurums, zinātnieki meklēja līdzīgus skaņas viļņu pārus, no kuriem viens iziet no melnā cauruma, bet otrs virzās tajā. Kad viņi identificēja šos skaņas viļņu pārus, pētnieki mēģināja noteikt, vai starp tiem pastāv korelācijas. Fiziķi eksperimentu atkārtoja 97 000 reižu — tas ir 124 nepārtrauktu mērījumu dienas. Rezultātā pētnieki atklāja, ka melnā cauruma analogā parādās skaņas viļņu pāris, kā arī apstiprināja korelāciju starp tiem.
Šķiet, ka rezultāti to apstiprinamelno caurumu izstarotais starojums ir nekustīgs, kā prognozēja Hokings. Lai gan šie rezultāti galvenokārt ir saistīti ar to izveidoto analogo melno caurumu, teorētiskie pētījumi var palīdzēt apstiprināt, vai tos var piemērot reāliem melnajiem caurumiem.
Kāda ir apakšējā līnija?
Zinātnieku pētījums rada svarīgus jautājumus.Fakts ir tāds, ka viņi varēja novērot visu analogā melnā cauruma kalpošanas laiku un redzēt, kā sākās Hokinga starojums. Turpmākie pētījumi varētu mēģināt salīdzināt darba rezultātus ar prognozēm par to, kas notiks reālā melnajā caurumā. Tādā veidā zinātnieki varēs redzēt, vai “īstais” Hokinga starojums sākas no nulles un pēc tam palielinās, kā eksperimenta laikā novēroja fiziķi.
Īstai melnajai bedrei ir divi horizonti:ārējais ir notikumu horizonts (precīzāk, redzamības horizonts), un iekšējais ir Cauchy horizonts. Starp abiem horizontiem ir T reģions, kur kustība jebkuriem objektiem ir iespējama tikai vienā virzienā: gaisma, daļiņa vai cilvēks pārvietosies tikai uz iekšu. Plūdmaiņu spēki palielināsies, pārvietojoties šajā apgabalā uz iekšējo Cauchy horizontu. Pārsteidzoši, ka zem tā objekta kustība virzienā uz centru dramatiski palēninās (savā ziņā koordinātās, kas pavada pašu objektu).
Pēc apstāšanās pavadoņa objektākoordinātes, tas sāk virzīties uz āru - citā Visumā (reālu melno caurumu topoloģija nav triviāla, starp dažādiem Visumiem pastāv saikne, un objekts jāizstumj citā Visumā). Apstāšanās punktā (saukts arī par pagrieziena punktu, rīkles punktu) ir maksimālie plūdmaiņas spēki noteiktam melnajam caurumam, noteiktam objektam un sākotnējie apstākļi šī objekta krišanai (citos apstākļos šis maksimums būs atšķirīgs , bet vienmēr ir ierobežots).
Iekšējā horizonta iekšienēgravitācijas spēks ir daudz zemāks, tāpēc objekti var brīvi pārvietoties un tos vairs nepiesaista melnā cauruma centrs. Tomēr viņi joprojām nevar atstāt melno caurumu, jo viņi nevar iziet caur iekšējo horizontu pretējā virzienā (t.i., virzoties uz notikumu horizonta pusi).
Būtībā notikumu horizonts ir ārējā sfēra.melnais caurums, un tā iekšpusē ir neliela sfēra, ko sauc par iekšējo horizontu. Ja cilvēks nokrīt ārpus iekšējā horizonta, viņš joprojām būs iestrēdzis melnajā caurumā. Bet vismaz viņš nejutīs neiedomājamo fiziku tajā atrasties. Persona atradīsies “normālākā” vidē, jo gravitācijas spēks būs mazāks, un to vairs nebūs iespējams sajust.
Daži fiziķi ir paredzējuši, ka kadanalogais melnais caurums veido iekšējo horizontu, tā izstarotais starojums kļūst stiprāks. Interesanti, ka tieši tas notika analogajā melnajā caurumā, kuru radīja Technion pētnieki. Tādējādi šis pētījums var iedvesmot citus fiziķus izpētīt iekšējā horizonta veidošanās ietekmi uz Hokinga starojuma intensitāti.
Lasīt arī
Tika izveidota pirmā precīzā pasaules karte. Kas vainas visiem pārējiem?
Zinātnieki pirmo reizi ir fiksējuši, kā ap mazas masas zvaigznēm veidojas planētas
Ir atklātas zāles pret novecošanos, kas noņem novecojošās šūnas