Hlavnou prekážkou výskumu v základnej fyzike je neschopnosť testovať
Čo predpovedal Hawking?
V roku 1974 Stephen Hawking prekvapil fyzikov vo všetkomsvete s tým, že extrémna gravitačná sila v horizonte udalostí čiernych dier vytvorí virtuálne častice. Budú ich emitovať, kým im nedôjde energia a úplne sa nevyparia.
Predtým, ako Hawking prišiel so svojím revolucionáromteórie boli čierne diery považované za ideálne čierne objekty, z ktorých nemohli uniknúť žiadne častice. Fyzik si je však istý, že majú svoje vlastné žiarenie. V podstate ide o kvantový proces tepelného žiarenia, ktoré čierne diery spontánne vyžarujú. Takže hmotnosť čiernych dier a ich rotačná energia postupne klesá. V dôsledku toho môžu úplne zmiznúť.
Čo je Unruh efekt?
Vyplňujúci efekt Davis Unruh prvýkrátnavrhnutý v 70. rokoch 20. storočia. Toto je jedna z mnohých predpovedí kvantovej teórie poľa. Prázdne vákuum podľa nej neexistuje. V skutočnosti je každé „vrecko“ priestoru naplnené nekonečnými vibráciami v kvantovom meradle. Ak dostanú dostatok energie, spontánne „explodujú“ na páry častica-antičastice, ktoré sa takmer okamžite navzájom anihilujú. Podľa teórie je akákoľvek častica – či už hmota alebo svetlo – jednoducho lokalizovanou excitáciou tohto kvantového poľa.
Čo majú spoločné?
Unruh efekt spôsobuje priestorZdá sa, že okolo rýchlo sa zrýchľujúcich objektov je množstvo virtuálnych častíc, ktoré im dodávajú ich žiaru. Pretože úzko súvisí s Hawkingovým žiarením, v ktorom sa častice spontánne objavujú na okrajoch čiernych dier, vedci sa už dlho snažia nájsť jednu náznak existencie toho druhého. Ale to sa nedá. V každom prípade si to fyzici mysleli už predtým.
Prečo je ťažké ich dokázať?
Podobne ako pri testovaní Hawkingovho žiareniavyžaduje čiernu dieru, Unruhov efekt vyžaduje obrovské zrýchlenie, aby vytvoril žiaru, ktorú možno vidieť. Myslelo sa, že je taká slabá, že ju nebolo možné zmerať pomocou moderných technológií.
Podľa kvantovej teórie môže stacionárny atómzvýšiť svoju energiu iba vtedy, keď skutočný fotón excituje jeden z jeho elektrónov. Avšak pre zrýchľujúci sa atóm môžu fluktuácie kvantového poľa „vyzerať“ ako skutočné fotóny. Z jeho "pohľadu" sa bude pohybovať cez súbor teplých svetelných častíc, ktoré zahrievajú atóm. Toto teplo môže byť jasným znakom Unruh efektu.
Problém je v tom, aké zrýchlenie treba dosiahnuťnemožné ani na Veľkom hadrónovom urýchľovači. Atóm sa musí zrýchliť na rýchlosť svetla za menej ako milióntinu sekundy, pričom zažije silu kvadrilióna metrov za sekundu na druhú, aby vydal dostatok svetla, ktoré moderné detektory zaznamenajú.
Jednoducho povedané, vidieť tento efekt za seboukrátky čas, potrebujete len neuveriteľné zrýchlenie. Ak použijeme rýchlosti, ktoré má ľudstvo k dispozícii, budeme musieť čakať dlhšie, ako existuje vesmír.
S akým experimentom vedci prišli?
Fyzici však prišli na to, ako s tým experimentovaťUnruh efekt pomocou laserov s vysokou intenzitou. Ukázalo sa, že ak pôsobia na zrýchlenú časticu, účinok sa zvýši natoľko, že sa dá zmerať. Vedci tiež zistili, že je možné urobiť zrýchlenú hmotu transparentnou jemným vyvážením zrýchlenia a spomalenia častíc.
Ako to bude fungovať?
Kvantové fluktuácie sa stávajú hustýmivďaka fotónom. To znamená, že atóm nútený pohybovať sa vo vákuu pod vplyvom vysokointenzívneho laserového svetla by teoreticky mohol spôsobiť Unruhov efekt aj pri pomerne nízkych zrýchleniach. Problém je v tom, že atóm môže tiež interagovať s laserovým svetlom a absorbovať ho zvýšenie jeho energetickej hladiny. Vzniknuté teplo nakoniec utlmí Unruh efekt.
No fyzici prišli s riešením, ako to urobiťfotóny sú neviditeľné. Ak sa atóm musí „brodiť“ poľom fotónov, potom nemusí „vidieť“ fotóny určitej frekvencie, vďaka čomu sú pre atóm prakticky neviditeľné. Nakoniec, postupným kombinovaním všetkých týchto riešení budú vedci schopní otestovať Unruhov efekt pri špecifickej frekvencii svetla.
Čo je spodnom riadku?
Uvedenie experimentu do života nebude jednoduché. Vedci zostrojia laboratórny urýchľovač častíc, ktorý ožiarením mikrovlnným lúčom urýchli elektrón na rýchlosť svetla. Ak tento efekt objavia, uskutočnia s ním experimenty, ktoré nájdu súvislosť medzi Einsteinovou teóriou o relativity a kvantovej mechaniky. Toto je jeden z najväčších problémov fyziky. Okrem toho, pozorovaním Unruhovho efektu vedci potvrdia Hawkingovu správnosť o čiernych dierach.
Čítaj viac:
„Toto je sci-fi“: vedci vytvárajú zásadne nový typ kvantových počítačov
Bol vytvorený ultrarýchly kvantový počítač, ktorý vykoná operáciu za 6,5 nanosekundy
Čo sú to supergény a ako robia zvieratá tak zvláštne