Principalul obstacol în calea cercetării în fizica fundamentală este incapacitatea de a testa
Ce a prezis Hawking?
În 1974, Stephen Hawking i-a surprins pe fizicieni în oricelume, afirmând că forța gravitațională extremă de la orizonturile evenimentelor găurilor negre va crea particule virtuale. Le vor emite până când vor epuiza energia și se vor evapora complet.
Înainte ca Hawking să vină cu revoluționarul săuTeoretic, găurile negre erau considerate obiecte negre ideale din care nicio particule nu putea scăpa. Cu toate acestea, fizicianul este sigur că au propria lor radiație. În esență, este un proces cuantic de radiație termică pe care găurile negre o emit spontan. Deci masa găurilor negre și energia lor de rotație scad treptat. Ca urmare, ele pot dispărea complet.
Ce este efectul Unruh?
Efect de completare Davis Unruh pentru prima datăpropus în anii 1970. Aceasta este una dintre multele predicții ale teoriei câmpurilor cuantice. Potrivit acesteia, un vid gol nu există. De fapt, orice „buzunar” al spațiului este umplut cu vibrații nesfârșite la scară cuantică. Dacă li se oferă suficientă energie, ei „explodează” spontan în perechi particule-antiparticule, care se anihilează aproape imediat reciproc. Conform teoriei, orice particulă - fie materie sau lumină - este pur și simplu o excitare localizată a acestui câmp cuantic.
Ce au in comun?
Efectul Unruh provoacă spațiuîn jurul obiectelor care accelerează rapid pare să fie plin cu zeci de particule virtuale care le oferă strălucirea lor. Deoarece este strâns legată de radiația Hawking, în care particulele apar spontan la marginile găurilor negre, oamenii de știință au căutat de mult să detecteze una ca un indiciu asupra existenței celuilalt. Dar acest lucru este imposibil de făcut. În orice caz, asta credeau fizicienii înainte.
De ce este greu să le dovedim?
Similar cu testarea radiațiilor Hawkingnecesită o gaură neagră, efectul Unruh necesită accelerații enorme pentru a produce o strălucire care poate fi văzută. Se credea că este atât de slab încât nu a putut fi măsurat folosind tehnologia modernă.
Conform teoriei cuantice, un atom staționar poateîși mărește energia numai atunci când un foton real excită unul dintre electronii săi. Cu toate acestea, pentru un atom care se accelerează, fluctuațiile câmpului cuantic pot „arăta” ca niște fotoni reali. Din „punctul său de vedere”, se va deplasa printr-o colecție de particule de lumină caldă care încălzesc atomul. Această căldură poate fi un semn revelator al efectului Unruh.
Problema este care este accelerația de obținutimposibil chiar și la Large Hadron Collider. Un atom trebuie să accelereze la viteza luminii în mai puțin de o milioneme de secundă, în timp ce experimentează o forță de un cvadrilion de metri pe secundă pătrat, pentru a emite suficientă lumină pe care detectoarele moderne o vor detecta.
Cu cuvinte simple, pentru a vedea acest efect în spateîntr-o perioadă scurtă de timp, ai nevoie doar de o accelerație incredibilă. Dacă folosim vitezele disponibile pentru omenire, atunci va trebui să așteptăm mai mult timp decât există Universul.
Cu ce experiment au venit oamenii de știință?
Cu toate acestea, fizicienii și-au dat seama cum să experimentezeEfect Unruh folosind lasere de mare intensitate. S-a dovedit că dacă acţionează asupra unei particule accelerate, efectul va creşte atât de mult încât poate fi măsurat. Oamenii de știință au descoperit, de asemenea, că este posibil să se facă transparentă materia accelerată prin echilibrarea delicată a accelerației și decelerației particulelor.
Cum va funcționa?
Fluctuațiile cuantice devin densedatorită fotonilor. Aceasta înseamnă că un atom forțat să se miște în vid sub influența luminii laser de mare intensitate ar putea cauza, teoretic, efectul Unruh chiar și la accelerații destul de mici.Problema este că atomul poate interacționa și cu lumina laserului, absorbind-o, astfel crescându-i nivelul de energie. Căldura generată va atenua în cele din urmă efectul Unruh.
Dar fizicienii au venit cu o soluție de făcutfotonii sunt invizibili. Dacă un atom trebuie să „vadă” printr-un câmp de fotoni, atunci este posibil să nu „vadă” fotoni cu o anumită frecvență, ceea ce îi va face practic invizibili pentru atom. În cele din urmă, combinând secvențial toate aceste soluții, oamenii de știință vor putea testa efectul Unruh la o anumită frecvență a luminii.
Care este linia de jos?
Aducerea experimentului la viață nu va fi ușor. Oamenii de știință vor construi un accelerator de particule de laborator care va accelera un electron la viteza luminii prin iradierea acestuia cu un fascicul de microunde. Dacă vor descoperi efectul, vor efectua experimente cu acesta care vor găsi o legătură între teoria lui Einstein despre relativitatea și mecanica cuantică. Aceasta este una dintre cele mai mari probleme din fizică. În plus, observând efectul Unruh, oamenii de știință vor confirma corectitudinea lui Hawking cu privire la găurile negre.
Citeste mai mult:
„Aceasta este science fiction”: oamenii de știință creează un tip fundamental nou de computere cuantice
A fost creat un computer cuantic ultra-rapid care efectuează o operație în 6,5 nanosecunde
Ce sunt supergenele și cum fac animalele atât de ciudate