Cum „funcționează” găurile negre?
Găurile negre sunt zone din spațiu în care gravitația este foarte puternică. În plus
Radiația Hawking într-o gaură neagră obișnuităapare atunci când o pereche de particule virtuale apare la orizontul evenimentelor, care se transformă într-o pereche particule-antiparticule. În acest caz, o particulă cade dincolo de orizont, iar cealaltă zboară.
Ce a prezis Hawking?
Fizicianul teoretic Stephen Hawking a prezis:deși nimic nu poate lăsa găuri negre, ele însele emit în mod spontan o cantitate limitată de lumină. Este cunoscută sub numele de radiație Hawking. Conform previziunilor fizicianului, această radiație este spontană (adică apare din nimic) și staționară (adică intensitatea sa nu se schimbă prea mult în timp).
Radiația Hawking este principalul argument al oamenilor de științăîn ceea ce privește degradarea (evaporarea) micilor găuri negre, care ar putea apărea teoretic în timpul experimentelor la LHC-Large Hadron Collider. Acest efect stă la baza ideii unui reactor singular - un dispozitiv pentru obținerea energiei dintr-o gaură neagră folosind radiația Hawking.
Autor: Maximilien Brice, CERN — CERN Document Server, CC BY-SA 3.0
V. Gribov în discuţie cu Ya.Zeldovich a insistat că datorită tunelului cuantic, găurile negre ar trebui să emită particule Chiar înainte de publicarea lucrării sale, Hawking a vizitat Moscova în 1973, unde s-a întâlnit cu oamenii de știință sovietici Yakov Zeldovich și Alexei Starobinsky. Ei i-au demonstrat lui Hawking că, conform principiului de incertitudine al mecanicii cuantice, găurile negre care se rotesc ar trebui să genereze și să emită particule.
Conform previziunilor lui Hawking, radiația de negrugaura este spontană. În noul lor studiu, oamenii de știință și-au propus să afle dacă radiația emisă de gaura neagră este, de asemenea, staționară (adică, dacă rămâne constantă în timp).
Ce au aflat oamenii de știință?
Cercetători la Israel TechInstitutul Technion a efectuat recent cercetări menite să testeze predicțiile teoretice ale lui Hawking. În special, au studiat dacă echivalentul radiației Hawking dintr-o „gaură neagră artificială” creată în condiții de laborator a fost staționar.
Dacă intri în orizontul evenimentelor, nu o vei facepoți să ieși de aici chiar dacă este lumină. Radiația Hawking începe chiar dincolo de orizontul evenimentelor, unde lumina abia poate scăpa. Este chiar ciudat pentru că nu e nimic acolo; acesta este un spațiu gol. Dar această radiație pleacă de la nimic, iese și merge pe Pământ.
Jeff Steinhauer, unul dintre cercetătorii într-un interviu pentru ScienceX
Cum au creat oamenii de știință o gaură neagră artificială?
Gaură neagră artificială creată de israelienioamenii de știință, aveau o lungime de aproximativ 0,1 mm și erau realizate dintr-un gaz format din 8.000 de atomi de rubidiu. Acesta este un număr relativ mic de atomi. De fiecare dată când cercetătorii l-au fotografiat, gaura neagră s-a prăbușit. Astfel, pentru a-i observa evoluția în timp, au trebuit să creeze o gaură neagră, să o fotografieze și apoi să creeze alta. Acest proces a fost repetat de mai multe ori de-a lungul lunilor.
O gaură neagră analogică creată de cercetători. Credit: Kolobov și colab.
Radiația Hawking emisă de acest analoggaura neagră, constă din unde sonore, nu din lumină. Atomii de rubidiu se mișcă mai repede decât viteza sunetului, astfel încât undele sonore nu pot ajunge la orizontul evenimentului și să scape din gaura neagră. Cu toate acestea, în afara orizontului evenimentelor, gazul curge încet, astfel încât undele sonore se pot mișca liber.
Rubidiul curge rapid, mai repede decât viteza sunetului șiacest lucru înseamnă că sunetul nu poate merge împotriva fluxului. Să presupunem că o persoană încearcă să înoate împotriva curentului. Dacă acest curent merge mai repede decât este capabil să înoate, atunci este pur și simplu imposibil să mergi înainte. Înotătorul este împins constant înapoi - fluxul se mișcă prea repede și în direcția opusă. Ca urmare, o persoană se blochează într-un singur loc. Așa înseamnă să fii blocat într-o gaură neagră și să încerci să ajungi la orizontul evenimentelor din interior.
Radiația Hawking este formată din perechi de fotoni (de ex.particule de lumină): una iese din gaura neagră, iar cealaltă cade înapoi în ea. În încercarea de a identifica radiația Hawking emisă de o gaură neagră analogică, oamenii de știință au căutat perechi similare de unde sonore, una ieșind din gaura neagră, iar cealaltă intră în ea. Odată ce au identificat aceste perechi de unde sonore, cercetătorii au încercat să determine dacă există corelații între ele. Fizicienii și-au repetat experimentul de 97.000 de ori, adică 124 de zile de măsurători continue. Ca urmare, cercetătorii au descoperit că o pereche de unde sonore apare la analogul găurii negre și au confirmat, de asemenea, corelația dintre ele.
În general, rezultatele par să confirme acest lucruradiația emisă de găurile negre este staționară, așa cum a prezis Hawking. În timp ce aceste rezultate se referă în primul rând la gaura neagră analogică pe care au creat-o, studiile teoretice pot ajuta la confirmarea faptului dacă pot fi aplicate și găurilor negre reale.
Care este linia de jos?
Studiul oamenilor de știință ridică întrebări importante.Faptul este că au putut să observe întreaga durată de viață a unei găuri negre analogice și să vadă cum a început radiația Hawking. Cercetările viitoare ar putea încerca să compare rezultatele lucrării cu predicții despre ceea ce s-ar întâmpla într-o adevărată gaură neagră. În acest fel, oamenii de știință vor putea vedea dacă radiația Hawking „adevărată” începe de la zero și apoi crește, așa cum au observat fizicienii în timpul experimentului.
O adevărată gaură neagră are două orizonturi:exteriorul este orizontul evenimentelor (mai precis, orizontul vizibilității), iar interiorul este orizontul Cauchy. Între cele două orizonturi există o regiune T, unde mișcarea pentru orice obiecte este posibilă doar într-o singură direcție: lumina, particula sau persoana se vor deplasa numai spre interior. Forțele de maree vor crește pe măsură ce vă deplasați în această zonă spre orizontul interior Cauchy. În mod surprinzător, sub el, mișcarea obiectului către centru încetinește dramatic (într-un sens, în coordonatele care însoțesc obiectul însuși).
După oprire la unitatea de însoțirecoordonatele, începe să fie împinsă spre exterior - într-un alt univers (topologia pentru găurile negre reale este netrivială, există o legătură între diferite universuri în el și obiectul trebuie împins în afară într-un alt univers). La punctul de oprire (se mai numește punctul de cotitură, punctul gâtului), există forțe maxime maxime pentru o gaură neagră dată, un obiect dat și condițiile inițiale pentru căderea acestui obiect (în alte condiții, acest maxim va să fie diferit, dar întotdeauna finit).
În zona din interiorul orizontului interioratracția gravitațională este mult mai mică, astfel încât obiectele se pot mișca liber și nu mai sunt atrase de centrul găurii negre. Cu toate acestea, ei încă nu pot părăsi gaura neagră, deoarece nu pot trece prin orizontul interior în direcția opusă (adică, îndreptându-se spre orizontul evenimentelor).
În esență, orizontul evenimentelor este sfera exterioară.gaură neagră, iar în interiorul ei există o mică sferă numită orizont interior. Dacă o persoană cade dincolo de orizontul interior, va rămâne blocată într-o gaură neagră. Dar, cel puțin, el nu va simți fizica de neimaginat a fi în ea. Persoana se va regăsi într-un mediu mai „normal”, deoarece forța gravitațională va fi mai mică și nu va mai fi posibil să o simți.
Unii fizicieni au prezis că atunci cândgaura neagră analogică formează un orizont interior, radiația pe care o emite devine mai puternică. Interesant este că exact acest lucru s-a întâmplat în gaura neagră analogică creată de cercetătorii Technion. Astfel, acest studiu poate inspira alți fizicieni să studieze influența formării unui orizont interior asupra intensității radiației Hawking.
Citește și
A fost creată prima hartă exactă a lumii. Ce este în neregulă cu toți ceilalți?
Oamenii de știință au înregistrat pentru prima dată cum se formează planetele în jurul stelelor cu masă mică
A fost descoperit un medicament anti-îmbătrânire care îndepărtează celulele senescente