Jak „działają” czarne dziury?
Czarne to obszary w kosmosie, w których grawitacja jest bardzo silna.
W normalnej czarnej promieniowanie Hawkinga pojawia się, gdy występuje zdarzenie w pobliżu horyzontu zdarzeńpara wirtualnych cząstek, która zamienia się w parę cząstka-antycząstka.nad horyzontem, a drugi odlatuje.
Co przewidział Hawking?
Fizyk teoretyczny Stephen Hawking przewidział:chociaż nic nie może pozostawić czarnych dziur, one same spontanicznie emitują ograniczoną ilość światła. Znane jest jako promieniowanie Hawkinga. Zgodnie z przewidywaniami fizyka promieniowanie to jest spontaniczne (to znaczy powstaje z niczego) i stacjonarne (to znaczy jego intensywność nie zmienia się znacznie w czasie).
Promieniowanie Hawkinga jest głównym argumentem naukowców dotyczącym rozpadu (parowania) małych czarnych, które teoretycznie mogą Efekt ten jest podstawą idei osobliwego reaktora, urządzenia do pozyskiwania energii z czarnej za pomocąPromieniowanie Hawkinga.
Autor: Maximilien Brice, CERN — Serwer dokumentów CERN, CC BY-SA 3.0
W dyskusji z J. Zeldowiczem W. Gribow podkreślał, że dzięki tunelowaniu kwantowemu czarne powinny emitować cząstki. Jeszcze przed publikacją swojej pracy Hawking odwiedził Moskwę w 1973 roku, gdzie spotkał się z radzieckimi naukowcami Jakowem Zeldowiczem i Aleksiejem Starobinskim. Zademonstrowali Hawkingowi, że zgodnie z zasadą nieoznaczoności mechaniki kwantowej, wirujące czarne powinny powodować powstawanie i emitowanie cząstek.
Zgodnie z przewidywaniami Hawkinga, promieniowanie czernidziura jest spontaniczna. W swoich nowych badaniach naukowcy postanowili dowiedzieć się, czy promieniowanie emitowane przez ich czarną dziurę jest również stacjonarne (tj. Czy pozostaje stałe w czasie).
Czego dowiedzieli się naukowcy?
Badacze z Israel TechInstytut Technion przeprowadził niedawno badania mające na celu przetestowanie teoretycznych przewidywań Hawkinga. W szczególności zbadali, czy odpowiednik promieniowania Hawkinga w „sztucznej czarnej dziurze” powstałej w warunkach laboratoryjnych był stacjonarny.
Jeśli wejdziesz w horyzont zdarzeń, nie będziesz mógł się stąd wydostać nawet dla światła.Promieniowanie Hawkinga zaczyna się tuż za horyzontem zdarzeń, skąd światło ledwo docieraTo naprawdę dziwne, bo nic tam nie ma; To pusta przestrzeń.Ale to promieniowanie zaczyna się z niczego, wychodzi na Ziemię.
Jeff Steinhauer, jeden z badaczy, w wywiadzie dla ScienceX
Jak naukowcy stworzyli sztuczną czarną dziurę?
Sztuczna czarna dziura stworzona przez Izraelczykównaukowców, miał długość około 0,1 mm i został wykonany z gazu składającego się z 8000 atomów rubidu. To stosunkowo niewielka liczba atomów. Za każdym razem, gdy badacze go fotografowali, zapadała się czarna dziura. Aby więc obserwować jej ewolucję w czasie, musieli stworzyć czarną dziurę, sfotografować ją, a następnie stworzyć kolejną. Proces ten powtarzał się wielokrotnie na przestrzeni miesięcy.
Analogowa czarna dziura stworzona przez naukowców. Źródło: Kolobov et al.
Promieniowanie Hawkinga emitowane przez ten analogCzarna dziura składa się z fal dźwiękowych, a nie światła. Atomy rubidu poruszają się szybciej niż prędkość dźwięku, więc fale dźwiękowe nie mogą dotrzeć do horyzontu zdarzeń i uciec z czarnej dziury. Jednak poza horyzontem zdarzeń gaz przepływa wolno, więc fale dźwiękowe mogą się swobodnie poruszać.
Rubid płynie szybko, szybciej niż prędkość dźwięku ioznacza to, że dźwięk nie może iść pod prąd. Powiedzmy, że ktoś próbuje pływać pod prąd. Jeśli ten prąd porusza się szybciej, niż on jest w stanie pływać, po prostu nie można iść do przodu. Pływak jest ciągle odpychany - nurt płynie zbyt szybko iw przeciwnym kierunku. W rezultacie osoba utknęła w jednym miejscu. Tak to jest, gdy tkwisz w czarnej dziurze i próbujesz dotrzeć do horyzontu zdarzeń od wewnątrz.
Promieniowanie Hawkinga składa się z parfotonów (tj. cząstek światła): jedna z nich wychodziPróbując zidentyfikować promieniowanie Hawkinga emitowane przez analogową czarną dziurę, naukowcy szukali podobnych par fal dźwiękowych, z których jedna wychodziła z czarnej, a druga do niej wchodziła.Po zidentyfikowaniu tych par fal dźwiękowych naukowcy próbowali ustalić, czy istniejąFizycy powtórzyli swój eksperyment 97 000 razy, co daje 124 dni ciągłych pomiarów. W rezultacie naukowcy odkryli, że analog czarnej maparę fal dźwiękowych, a także potwierdził korelację między nimi.
Ogólnie rzecz biorąc, wyniki wydają się to potwierdzaćZgodnie z przewidywaniami Hawkinga promieniowanie emitowane przez czarne dziury jest stacjonarne. Chociaż wyniki te dotyczą głównie analogowej czarnej dziury, którą stworzyli, badania teoretyczne mogą pomóc potwierdzić, czy można je zastosować do prawdziwych czarnych dziur.
Jaki jest wynik finansowy?
Faktem jest, że byli w stanie obserwować całe życie analogowej czarnej i zobaczyć, jak zaczęło się promieniowanie Hawkinga.W przyszłych badaniach możesz spróbować porównać wyniki pracy z przewidywaniami dotyczącymi tego, co się wydarzyW ten sposób naukowcy będą mogli sprawdzić, czy "prawdziwe" promieniowanie Hawkinga zaczyna się od zera, a następnie wzrasta, jak zaobserwowali fizycy podczas eksperymentu.
Prawdziwa czarna dziura ma dwa horyzonty:zewnętrzny to horyzont zdarzeń (a dokładniej horyzont widzialności), a wewnętrzny to horyzont Cauchy'ego. Pomiędzy dwoma horyzontami znajduje się obszar T, w którym ruch dowolnego obiektu jest możliwy tylko w jednym kierunku: światło, cząstka lub osoba będą poruszać się tylko do wewnątrz. Siły pływowe będą wzrastać, gdy będziesz poruszać się w tym obszarze w kierunku wewnętrznego horyzontu Cauchy'ego. Co zaskakujące, pod nim ruch obiektu w kierunku środka dramatycznie zwalnia (w pewnym sensie we współrzędnych towarzyszących samemu obiektowi).
Po zatrzymaniu się w placówce obsługiwspółrzędne, zaczyna wypychać na zewnątrz - do innego wszechświata (topologia prawdziwych czarnych dziur jest nietrywialna, istnieje połączenie między różnymi wszechświatami, a obiekt musi zostać wypchnięty do innego wszechświata). W punkcie zatrzymania (zwanym także punktem zwrotnym, gardzielowym) występują maksymalne siły pływowe dla danej czarnej dziury, danego obiektu oraz początkowe warunki upadku tego obiektu (w innych warunkach to maksimum będzie inne , ale zawsze skończone).
W obszarze wewnątrz wewnętrznego horyzontuprzyciąganie grawitacyjne jest znacznie mniejsze, więc obiekty mogą się swobodnie poruszać i nie są już przyciągane do środka czarnej dziury. Jednak nadal nie mogą opuścić czarnej dziury, ponieważ nie mogą przejść przez wewnętrzny horyzont w przeciwnym kierunku (tj. W kierunku horyzontu zdarzeń).
Zasadniczo horyzont zdarzeń to sfera zewnętrzna.czarna dziura, a wewnątrz niej znajduje się mała kula zwana wewnętrznym horyzontem. Jeśli osoba spadnie poza wewnętrzny horyzont, nadal utknie w czarnej dziurze. Ale przynajmniej nie poczuje niewyobrażalnej fizyki przebywania w nim. Osoba znajdzie się w bardziej „normalnym” środowisku, ponieważ siła grawitacji będzie niższa i nie będzie już można jej poczuć.
Niektórzy fizycy przewidzieli, że kiedyanalogowa czarna dziura tworzy wewnętrzny horyzont, emitowane przez nią promieniowanie staje się silniejsze. Co ciekawe, dokładnie to się wydarzyło w analogowej czarnej dziurze stworzonej przez naukowców Technion. Dlatego te badania mogą zainspirować innych fizyków do zbadania wpływu formowania się wewnętrznego horyzontu na intensywność promieniowania Hawkinga.
Czytaj także
Powstała pierwsza dokładna mapa świata. Co jest nie tak ze wszystkimi innymi?
Naukowcy po raz pierwszy zarejestrowali, jak powstają planety wokół gwiazd o małej masie
Odkryto lek przeciwstarzeniowy, który usuwa starzejące się komórki