Het belangrijkste obstakel voor onderzoek in de fundamentele natuurkunde is het onvermogen om te testen
Wat heeft Hawking voorspeld?
In 1974 verraste Stephen Hawking natuurkundigen in alleswereld, waarin wordt gesteld dat de extreme zwaartekracht aan de waarnemingshorizon van zwarte gaten virtuele deeltjes zal creëren. Ze zullen deze uitstoten totdat ze geen energie meer hebben en volledig verdampen.
Voordat Hawking met zijn revolutionair op de proppen kwamVolgens de theorie werden zwarte gaten beschouwd als ideale zwarte objecten waaruit geen deeltjes konden ontsnappen. De natuurkundige is er echter zeker van dat ze hun eigen straling hebben. In wezen is het een kwantumproces van thermische straling dat zwarte gaten spontaan uitzenden. Dus de massa van zwarte gaten en hun rotatie-energie nemen geleidelijk af. Als gevolg hiervan kunnen ze volledig verdwijnen.
Wat is het Unruh-effect?
Volwaardig effect Davis Unruh voor de eerste keervoorgesteld in de jaren zeventig. Dit is een van de vele voorspellingen van de kwantumveldentheorie. Volgens haar bestaat er geen leeg vacuüm. In feite is elke ‘zak’ van de ruimte gevuld met eindeloze trillingen op kwantumschaal. Als ze voldoende energie krijgen, ‘exploderen’ ze spontaan in deeltjes-antideeltje-paren, die elkaar vrijwel onmiddellijk vernietigen. Volgens de theorie is elk deeltje – of het nu materie of licht is – eenvoudigweg een gelokaliseerde excitatie van dit kwantumveld.
Wat hebben zij gemeen met elkaar?
Het Unruh-effect zorgt voor ruimterond snel versnellende objecten lijkt gevuld te zijn met tientallen virtuele deeltjes die ze hun glans geven. Omdat deze straling nauw verwant is aan Hawking-straling, waarbij deeltjes spontaan verschijnen aan de randen van zwarte gaten, hebben wetenschappers er lang naar gezocht om er één te detecteren. een hint naar het bestaan van de ander. Maar dit is onmogelijk om te doen. Dat dachten natuurkundigen in ieder geval al eerder.
Waarom is het moeilijk om ze te bewijzen?
Vergelijkbaar met het testen van Hawking-stralingvereist een zwart gat, het Unruh-effect vereist enorme versnellingen om een zichtbare gloed te produceren. Men dacht dat het zo zwak was dat het niet met moderne technologie kon worden gemeten.
Volgens de kwantumtheorie kan een stationair atoom dat welverhoogt zijn energie alleen wanneer een echt foton een van zijn elektronen exciteert. Voor een versnellend atoom kunnen kwantumveldfluctuaties echter ‘eruitzien’ als echte fotonen. Vanuit zijn ‘oogpunt’ zal het door een verzameling warme lichtdeeltjes bewegen die het atoom opwarmen. Deze warmte kan een veelbetekenend teken zijn van het Unruh-effect.
Het probleem is wat de versnelling is om te krijgen?zelfs bij de Large Hadron Collider onmogelijk. Een atoom moet in minder dan een miljoenste van een seconde versnellen tot de lichtsnelheid, terwijl het een kracht van een biljard meter per vierkante seconde ervaart, om voldoende licht af te geven dat moderne detectoren kunnen detecteren.
In eenvoudige bewoordingen, om dit effect erachter te zieneen korte tijd, je hebt gewoon een ongelooflijke acceleratie nodig. Als we de beschikbare snelheden van de mensheid gebruiken, zullen we meer tijd moeten wachten dan het universum bestaat.
Welk experiment hebben de wetenschappers bedacht?
Natuurkundigen ontdekten echter hoe ze konden experimenteren metUnruh-effect met behulp van lasers met hoge intensiteit. Het bleek dat als ze inwerken op een versneld deeltje, het effect zo sterk zal toenemen dat het gemeten kan worden. De wetenschappers ontdekten ook dat het mogelijk is om versnelde materie transparant te maken door de versnelling en vertraging van deeltjes subtiel in evenwicht te brengen.
Hoe zal het werken?
Kwantumfluctuaties worden compacterdankzij fotonen. Dit betekent dat een atoom dat gedwongen wordt om in een vacuüm te bewegen onder invloed van laserlicht met hoge intensiteit, theoretisch het Unruh-effect zou kunnen veroorzaken, zelfs bij vrij lage versnellingen. Het probleem is dat het atoom ook kan interageren met het laserlicht, waardoor het wordt geabsorbeerd het verhogen van zijn energieniveau. De gegenereerde warmte zal uiteindelijk het Unruh-effect dempen.
Maar natuurkundigen hebben een oplossing bedachtfotonen zijn onzichtbaar. Als een atoom door een veld van fotonen moet ‘waden’, ‘ziet’ het mogelijk geen fotonen met een bepaalde frequentie, waardoor ze vrijwel onzichtbaar worden voor het atoom. Uiteindelijk zullen wetenschappers, door al deze oplossingen opeenvolgend te combineren, het Unruh-effect kunnen testen bij een specifieke lichtfrequentie.
Waar komt het op neer?
Het experiment tot leven brengen zal niet eenvoudig zijn. Wetenschappers zullen een laboratoriumdeeltjesversneller bouwen die een elektron zal versnellen tot de snelheid van het licht door het te bestralen met een microgolfstraal. Als ze het effect ontdekken, zullen ze er experimenten mee uitvoeren die een verband zullen vinden tussen Einsteins theorie van relativiteit en kwantummechanica. Dit is een van de grootste problemen in de natuurkunde. Bovendien zullen wetenschappers, door het Unruh-effect te observeren, de juistheid van Hawking over zwarte gaten bevestigen.
Lees verder:
"Dit is science fiction": wetenschappers creëren een fundamenteel nieuw type kwantumcomputers
Er is een ultrasnelle kwantumcomputer gemaakt die een bewerking uitvoert in 6,5 nanoseconden
Wat zijn supergenen en hoe maken ze dieren zo raar