Hvordan fungerer sorte hull?
Sorte hull er områder i verdensrommet hvor tyngdekraften er veldig sterk. Dessuten
Hawking-stråling i et vanlig sort hullvises når et par virtuelle partikler dukker opp ved hendelseshorisonten, som blir til et partikkel-antipartikkel-par. I dette tilfellet faller en partikkel utenfor horisonten, og den andre flyr bort.
Hva forutsa Hawking?
Teoretisk fysiker Stephen Hawking spådde:Selv om ingenting kan etterlate sorte hull, avgir de spontant en begrenset mengde lys. Det er kjent som Hawking-stråling. I følge fysikernes forutsigelser er denne strålingen spontan (det vil si at den oppstår fra ingenting) og stasjonær (det vil si at dens intensitet ikke endres mye over tid).
Hawking-stråling er hovedargumentet til forskereangående forfall (fordampning) av små sorte hull, som teoretisk kan oppstå under eksperimenter ved LHC—Large Hadron Collider. Denne effekten er grunnlaget for ideen om en enkelt reaktor - en enhet for å hente energi fra et svart hull ved hjelp av Hawking-stråling.
Forfatter: Maximilien Brice, CERN — CERN Document Server, CC BY-SA 3.0
V. Gribov i diskusjon med Ya.Zeldovich insisterte på at takket være kvantetunnelering skulle sorte hull avgi partikler.Selv før publiseringen av arbeidet hans besøkte Hawking Moskva i 1973, hvor han møtte de sovjetiske vitenskapsmennene Yakov Zeldovich og Alexei Starobinsky. De demonstrerte for Hawking at i henhold til kvantemekanikkens usikkerhetsprinsipp skulle spinnende sorte hull generere og avgi partikler.
I følge Hawkings spådommer, stråling av svarthullet er spontant. I sin nye studie satte forskerne seg på å finne ut om strålingen som sendes ut av det sorte hullet også er stasjonær (dvs. om den forblir konstant over tid).
Hva fant forskerne ut?
Forskere ved Israel TechTechnion Institute har nylig utført forskning som tar sikte på å teste Hawkings teoretiske spådommer. Spesielt studerte de om ekvivalenten Hawking-stråling i et "kunstig svart hull" opprettet under laboratorieforhold var stille.
Hvis du går innenfor begivenhetshorisonten, gjør du det ikkedu kan komme deg ut herfra selv om det er lys. Hawking-stråling begynner like utenfor hendelseshorisonten, der lyset knapt kan unnslippe. Det er virkelig rart fordi det ikke er noe der; dette er tom plass. Men denne strålingen starter fra ingenting, kommer ut og går til jorden.
Jeff Steinhauer, en av forskerne i et intervju med ScienceX
Hvordan skapte forskere et kunstig svart hull?
Kunstig svart hull skapt av israelerneforskere, hadde en lengde på ca. 0,1 mm og var laget av en gass bestående av 8000 rubidiumatomer. Dette er et relativt lite antall atomer. Hver gang forskerne fotograferte det, kollapset det sorte hullet. For å kunne observere utviklingen over tid måtte de altså lage et svart hull, fotografere det og deretter lage et nytt. Denne prosessen ble gjentatt mange ganger i løpet av måneder.
Et analogt svart hull laget av forskere. Kreditt: Kolobov et al.
Hawking-stråling som sendes ut av denne analogensvart hull, består av lydbølger, ikke lys. Rubidiumatomer beveger seg raskere enn lydens hastighet, så lydbølger kan ikke nå begivenhetshorisonten og unnslippe fra det svarte hullet. Utenfor begivenhetshorisonten strømmer imidlertid gass sakte, slik at lydbølger kan bevege seg fritt.
Rubidium flyter raskt, raskere enn lydens hastighet, ogdette betyr at lyden ikke kan gå mot strømmen. La oss si at en person prøver å svømme mot strømmen. Hvis denne strømmen går raskere enn han klarer å svømme, er det rett og slett umulig å gå videre. Svømmeren skyves stadig tilbake - bekken beveger seg for fort og i motsatt retning. Som et resultat blir en person sittende fast på ett sted. Slik er det å sitte fast i et svart hull og prøve å nå begivenhetshorisonten innenfra.
Hawking-stråling består av par av fotoner (dvs.lette partikler): den ene kommer ut av det sorte hullet, og den andre faller tilbake i det. I et forsøk på å identifisere Hawking-stråling som sendes ut av et analogt sort hull, så forskerne etter lignende par med lydbølger, den ene kom ut av det sorte hullet og den andre beveget seg inn i det. Når de identifiserte disse parene med lydbølger, prøvde forskerne å finne ut om det var korrelasjoner mellom dem. Fysikere gjentok eksperimentet sitt 97 000 ganger – det vil si 124 dager med kontinuerlige målinger. Som et resultat oppdaget forskerne at et par lydbølger dukker opp ved svarthullsanalogen, og bekreftet også korrelasjonen mellom dem.
Samlet sett ser det ut til at resultatene bekrefter detstrålingen fra sorte hull er stasjonær, slik Hawking forutsa. Mens disse resultatene først og fremst vedrører det analoge sorte hullet de opprettet, kan teoretiske studier bidra til å bekrefte om de også kan brukes på ekte sorte hull.
Hva er bunnlinjen?
Forskernes studie reiser viktige spørsmål.Faktum er at de var i stand til å observere hele levetiden til et analogt sort hull og se hvordan Hawking-stråling begynte. Fremtidig forskning kan prøve å sammenligne resultatene av arbeidet med spådommer om hva som ville skje i et ekte svart hull. På denne måten vil forskere kunne se om "ekte" Hawking-stråling starter ved null og deretter øker, slik fysikere observerte under eksperimentet.
Et ekte svart hull har to horisonter:det ytre er begivenhetshorisonten (nærmere bestemt synlighetens horisont) og det indre er Cauchy-horisonten. Mellom de to horisontene er det en T-region, hvor bevegelse for objekter bare er mulig i en retning: lys, partikkel eller person vil bare bevege seg innover. Tidevannskreftene vil øke når du beveger deg i dette området mot den indre Cauchy-horisonten. Overraskende nok bremses objektets bevegelse mot sentrum dramatisk ned (på en måte i koordinatene som følger med selve objektet).
Etter å ha stoppet på ledsageranleggetkoordinater, begynner det å skyves utover - inn i et annet univers (topologien for ekte sorte hull er ikke-triviell, det er en sammenheng mellom forskjellige universer i den, og objektet må skyves ut i et annet univers). Ved stoppestedet (det kalles også vendepunktet, halspunktet), er det maksimale tidevannskrefter for et gitt svart hull, et gitt objekt og de innledende forholdene for fallet til dette objektet (under andre forhold vil dette maksimumet være annerledes, men alltid endelig).
I området innenfor den indre horisontentyngdekraften er mye lavere, slik at objekter kan bevege seg fritt og ikke lenger tiltrekkes av midten av det svarte hullet. Imidlertid kan de fortsatt ikke forlate det svarte hullet fordi de ikke kan passere gjennom den indre horisonten i motsatt retning (dvs. på vei mot begivenhetshorisonten).
I hovedsak er begivenhetshorisonten den ytre sfæren.svart hull, og inne i det er det en liten kule som kalles den indre horisonten. Hvis en person faller utenfor den indre horisonten, vil han fortsatt sitte fast i et svart hull. Men i det minste vil han ikke føle den utenkelige fysikken å være i den. Personen vil befinne seg i et mer ”normalt” miljø, siden tyngdekraften vil være lavere, og det ikke vil være mulig å føle det lenger.
Noen fysikere har spådd at nårdet analoge sorte hullet danner en indre horisont, strålingen den avgir blir sterkere. Interessant er dette akkurat det som skjedde i det analoge sorte hullet som ble opprettet av Technion-forskerne. Dermed kan denne studien inspirere andre fysikere til å studere innflytelsen av dannelsen av en indre horisont på intensiteten av Hawking-stråling.
Les også
Det første nøyaktige kartet over verden ble opprettet. Hva er galt med alle andre?
Forskere har registrert for første gang hvordan planeter dannes rundt stjerner med lav masse
En anti-aging medisin som fjerner senescent celler har blitt oppdaget