อุปสรรคสำคัญในการวิจัยฟิสิกส์พื้นฐานคือการไม่สามารถทดสอบได้
Hawking ทำนายอะไร?
ในปี 1974 Stephen Hawking ทำให้นักฟิสิกส์ประหลาดใจในทุกสิ่งโลกระบุว่าแรงโน้มถ่วงสุดขีด ณ ขอบฟ้าเหตุการณ์ของหลุมดำจะสร้างอนุภาคเสมือนจริง พวกมันจะปล่อยออกมาจนกว่าพลังงานจะหมดและระเหยไปจนหมด
ก่อนที่ฮอว์คิงจะเกิดการปฏิวัติขึ้นมาทฤษฎีหลุมดำถือเป็นวัตถุสีดำในอุดมคติซึ่งไม่มีอนุภาคใดหลุดรอดไปได้ อย่างไรก็ตามนักฟิสิกส์มั่นใจว่าพวกเขามีรังสีในตัวเอง โดยพื้นฐานแล้ว มันเป็นกระบวนการควอนตัมของการแผ่รังสีความร้อนที่หลุมดำปล่อยออกมาเอง ดังนั้นมวลของหลุมดำและพลังงานการหมุนของพวกมันจึงค่อยๆ ลดลง เป็นผลให้อาจหายไปโดยสิ้นเชิง
เอฟเฟกต์ Unruh คืออะไร?
เอฟเฟกต์เต็มๆ Davis Unruh ครั้งแรกเสนอในปี 1970 นี่เป็นหนึ่งในการคาดการณ์มากมายเกี่ยวกับทฤษฎีสนามควอนตัม ตามนั้นไม่มีสุญญากาศเปล่าอยู่ ในความเป็นจริง “ช่องว่าง” ใดๆ ก็ตามของอวกาศนั้นเต็มไปด้วยการสั่นสะเทือนไม่รู้จบในระดับควอนตัม หากพวกมันได้รับพลังงานเพียงพอ พวกมันก็จะ "ระเบิด" ออกเป็นคู่อนุภาค-ปฏิปักษ์ ซึ่งเกือบจะทำลายล้างกันในทันที ตามทฤษฎีแล้ว อนุภาคใดๆ ไม่ว่าจะเป็นสสารหรือแสง เป็นเพียงการกระตุ้นเฉพาะจุดของสนามควอนตัมนี้
พวกเขามีอะไรที่เหมือนกัน?
เอฟเฟกต์ Unruh ทำให้เกิดพื้นที่รอบวัตถุที่เร่งความเร็วอย่างรวดเร็วดูเหมือนจะเต็มไปด้วยอนุภาคเสมือนจำนวนหนึ่งที่ทำให้เกิดแสงได้ เนื่องจากมันเกี่ยวข้องอย่างใกล้ชิดกับรังสีฮอว์กิง ซึ่งอนุภาคปรากฏขึ้นเองตามธรรมชาติที่ขอบหลุมดำ นักวิทยาศาสตร์จึงพยายามค้นหาวัตถุดังกล่าวมานานแล้ว คำใบ้ถึงการมีอยู่ของอีกฝ่าย แต่นี่เป็นไปไม่ได้ที่จะทำ ไม่ว่าในกรณีใด นั่นคือสิ่งที่นักฟิสิกส์คิดมาก่อน
เหตุใดจึงยากที่จะพิสูจน์พวกเขา
คล้ายกับการทดสอบรังสีฮอว์กิงต้องใช้หลุมดำ เอฟเฟกต์อุนรูห์ต้องใช้ความเร่งมหาศาลเพื่อสร้างแสงที่สามารถมองเห็นได้ เชื่อกันว่ามีความอ่อนมากจนไม่สามารถวัดได้โดยใช้เทคโนโลยีสมัยใหม่
ตามทฤษฎีควอนตัม อะตอมที่อยู่นิ่งสามารถเพิ่มพลังงานก็ต่อเมื่อโฟตอนจริงกระตุ้นอิเล็กตรอนตัวใดตัวหนึ่ง อย่างไรก็ตาม สำหรับอะตอมที่กำลังเร่ง ความผันผวนของสนามควอนตัมสามารถ "ดู" เหมือนโฟตอนจริงได้ จาก “มุมมอง” ของเขา มันจะเคลื่อนผ่านกลุ่มอนุภาคแสงอุ่นที่ทำให้อะตอมร้อนขึ้น ความอบอุ่นนี้อาจเป็นสัญญาณบ่งบอกถึงเอฟเฟกต์อุนรูห์
ปัญหาคือความเร่งที่จะได้รับคืออะไรเป็นไปไม่ได้แม้แต่ที่ Large Hadron Collider อะตอมต้องเร่งความเร็วเป็นความเร็วแสงในเวลาน้อยกว่าหนึ่งในล้านของวินาที ในขณะที่ประสบกับแรงที่สี่พันล้านเมตรต่อวินาทีกำลังสอง เพื่อที่จะให้แสงเพียงพอที่เครื่องตรวจจับสมัยใหม่จะตรวจจับได้
พูดง่ายๆ ว่าเห็นผลเบื้องหลังในช่วงเวลาสั้นๆ คุณเพียงแค่ต้องการอัตราเร่งที่เหลือเชื่อ หากเราใช้ความเร็วที่มนุษย์มีได้ เราจะต้องรอเวลามากกว่าที่จักรวาลมีอยู่
นักวิทยาศาสตร์ได้ทำการทดลองอะไร?
อย่างไรก็ตาม นักฟิสิกส์ได้ค้นพบวิธีทดลองกับเอฟเฟกต์ Unruh โดยใช้เลเซอร์ความเข้มสูง ปรากฎว่าถ้าพวกมันทำปฏิกิริยากับอนุภาคที่เร่งความเร็ว เอฟเฟกต์จะเพิ่มขึ้นมากจนสามารถวัดได้ นักวิทยาศาสตร์ยังค้นพบด้วยว่าเป็นไปได้ที่จะทำให้วัตถุเร่งความเร็วมีความโปร่งใสโดยการปรับสมดุลความเร่งและความเร่งของอนุภาคอย่างละเอียด
มันจะทำงานอย่างไร?
ความผันผวนของควอนตัมมีความหนาแน่นมากขึ้นขอบคุณโฟตอน ซึ่งหมายความว่าอะตอมที่ถูกบังคับให้เคลื่อนที่ในสุญญากาศภายใต้อิทธิพลของแสงเลเซอร์ความเข้มสูงในทางทฤษฎีอาจทำให้เกิดเอฟเฟกต์ Unruh แม้ว่าจะมีความเร่งค่อนข้างต่ำก็ตาม ปัญหาคือ อะตอมยังสามารถโต้ตอบกับแสงเลเซอร์และดูดซับแสงได้ ดังนั้น เพิ่มระดับพลังงาน ความร้อนที่เกิดขึ้นจะส่งผลต่ออุนรูห์ในที่สุด
แต่นักฟิสิกส์ได้คิดวิธีแก้ปัญหาขึ้นมาแล้วโฟตอนจะมองไม่เห็น หากอะตอมต้อง "ลุย" ผ่านสนามโฟตอน มันอาจจะ "ไม่เห็น" โฟตอนในความถี่ที่แน่นอน ซึ่งจะทำให้อะตอมแทบมองไม่เห็นพวกมันเลย ในที่สุด เมื่อรวมวิธีแก้ปัญหาเหล่านี้เข้าด้วยกันตามลำดับ นักวิทยาศาสตร์จะสามารถทดสอบเอฟเฟกต์อุนรูห์ที่ความถี่เฉพาะของแสงได้
บรรทัดล่างคืออะไร?
การนำการทดลองมาสู่ชีวิตไม่ใช่เรื่องง่ายนักวิทยาศาสตร์จะสร้างเครื่องเร่งอนุภาคในห้องปฏิบัติการที่จะเร่งอิเล็กตรอนให้มีความเร็วแสงโดยการฉายรังสีด้วยลำแสงไมโครเวฟ หากพวกเขาค้นพบผลกระทบ พวกเขาจะทดลองกับอิเล็กตรอนที่จะพบความเชื่อมโยงระหว่างทฤษฎีของไอน์สไตน์ ทฤษฎีสัมพัทธภาพและกลศาสตร์ควอนตัม นี่เป็นหนึ่งในปัญหาใหญ่ที่สุดในวิชาฟิสิกส์ นอกจากนี้ เมื่อสังเกตปรากฏการณ์อุนรูห์ นักวิทยาศาสตร์จะยืนยันความถูกต้องของฮอว์คิงเกี่ยวกับหลุมดำได้
อ่านเพิ่มเติม:
“นี่คือนิยายวิทยาศาสตร์”: นักวิทยาศาสตร์สร้างคอมพิวเตอร์ควอนตัมชนิดใหม่โดยพื้นฐาน
คอมพิวเตอร์ควอนตัมความเร็วสูงได้ถูกสร้างขึ้นซึ่งดำเนินการใน 6.5 นาโนวินาที
supergenes คืออะไรและพวกมันทำให้สัตว์แปลกได้อย่างไร