หลุมดำ "ทำงาน" อย่างไร?
หลุมดำเป็นพื้นที่ในอวกาศที่แรงโน้มถ่วงมีความรุนแรงมาก นอกจากนี้
รังสีฮอว์กิงในหลุมดำธรรมดาปรากฏขึ้นเมื่อมีอนุภาคเสมือนคู่หนึ่งปรากฏขึ้นที่ขอบฟ้าเหตุการณ์ ซึ่งกลายเป็นคู่อนุภาค-ปฏิปักษ์ ในกรณีนี้ อนุภาคหนึ่งตกลงไปเหนือเส้นขอบฟ้า และอีกอนุภาคก็ลอยหายไป
Hawking ทำนายอะไร?
Stephen Hawking นักฟิสิกส์เชิงทฤษฎีทำนายไว้ว่า:แม้ว่าจะไม่มีสิ่งใดสามารถออกจากหลุมดำได้ แต่พวกมันก็เปล่งแสงออกมาในปริมาณที่ จำกัด ตามธรรมชาติ เป็นที่รู้จักกันในชื่อรังสีฮอว์คิง ตามการคาดการณ์ของนักฟิสิกส์การแผ่รังสีนี้เกิดขึ้นเอง (นั่นคือมันเกิดจากอะไร) และอยู่นิ่ง (นั่นคือความเข้มของมันจะไม่เปลี่ยนแปลงมากนักเมื่อเวลาผ่านไป)
รังสีฮอว์กิงเป็นข้อโต้แย้งหลักของนักวิทยาศาสตร์เกี่ยวกับการสลายตัว (การระเหย) ของหลุมดำขนาดเล็ก ซึ่งอาจเกิดขึ้นตามทฤษฎีระหว่างการทดลองที่ LHC—Large Hadron Collider ผลกระทบนี้เป็นพื้นฐานสำหรับแนวคิดของเครื่องปฏิกรณ์เอกพจน์ - อุปกรณ์สำหรับรับพลังงานจากหลุมดำโดยใช้รังสีฮอว์กิง
ผู้แต่ง: แม็กซิมิเลียน บริซ, CERN — เซิร์ฟเวอร์เอกสาร CERN, CC BY-SA 3.0
V. Gribov กำลังหารือกับ Yaเซลโดวิชยืนยันว่าต้องขอบคุณการขุดอุโมงค์ควอนตัม หลุมดำจึงควรปล่อยอนุภาคออกมา แม้กระทั่งก่อนการตีพิมพ์ผลงานของเขา ฮอว์คิงไปเยือนมอสโกในปี 1973 ซึ่งเขาได้พบกับนักวิทยาศาสตร์ชาวโซเวียต ยาโคฟ เซลโดวิช และอเล็กซี่ สตาโรบินสกี พวกเขาแสดงให้ฮอว์คิงเห็นว่าตามหลักการความไม่แน่นอนของกลศาสตร์ควอนตัม หลุมดำที่หมุนรอบตัวควรสร้างและปล่อยอนุภาคออกมา
ตามการคาดการณ์ของ Hawking การแผ่รังสีของสีดำรูเกิดขึ้นเอง ในการศึกษาครั้งใหม่ของพวกเขานักวิทยาศาสตร์ได้ค้นหาว่ารังสีที่ปล่อยออกมาจากหลุมดำของพวกเขานั้นอยู่นิ่งด้วยหรือไม่ (กล่าวคือจะคงที่ตลอดเวลาหรือไม่)
นักวิทยาศาสตร์ค้นพบอะไร?
นักวิจัยจาก Israel Techเมื่อเร็ว ๆ นี้สถาบัน Technion ได้ทำการวิจัยเพื่อทดสอบการคาดการณ์ทางทฤษฎีของ Hawking โดยเฉพาะอย่างยิ่งพวกเขาตรวจสอบว่าเทียบเท่ากับรังสีฮอว์คิงใน "หลุมดำเทียม" ที่สร้างขึ้นในสภาพห้องปฏิบัติการหรือไม่
หากคุณเข้าไปในขอบฟ้าเหตุการณ์ คุณจะไม่คุณสามารถออกไปจากที่นี่ได้แม้ว่าจะมีแสงสว่างก็ตาม รังสีฮอว์กิงเริ่มต้นเหนือขอบฟ้าเหตุการณ์ ซึ่งแสงแทบจะหนีไม่พ้น มันแปลกมากเพราะไม่มีอะไรอยู่ตรงนั้นเลย นี่คือพื้นที่ว่าง แต่รังสีนี้เริ่มต้นจากความว่างเปล่า ออกมาและเข้าสู่โลก
Jeff Steinhauer หนึ่งในนักวิจัยในการให้สัมภาษณ์กับ ScienceX
นักวิทยาศาสตร์สร้างหลุมดำเทียมได้อย่างไร?
หลุมดำเทียมที่สร้างโดยชาวอิสราเอลนักวิทยาศาสตร์มีความยาวประมาณ 0.1 มม. และสร้างขึ้นจากแก๊สซึ่งประกอบด้วยอะตอมรูบิเดียม 8,000 อะตอม นี่คืออะตอมจำนวนค่อนข้างน้อย ทุกครั้งที่นักวิจัยถ่ายภาพหลุมดำก็ถล่มลงมา ดังนั้นเพื่อที่จะสังเกตวิวัฒนาการของมันเมื่อเวลาผ่านไปพวกเขาต้องสร้างหลุมดำถ่ายภาพแล้วสร้างขึ้นมาใหม่ กระบวนการนี้ทำซ้ำหลายครั้งในช่วงหลายเดือน
หลุมดำอะนาล็อกที่นักวิจัยสร้างขึ้น เครดิต: Kolobov et al.
การแผ่รังสี Hawking ที่ปล่อยออกมาจากอะนาล็อกนี้หลุมดำประกอบด้วยคลื่นเสียงไม่ใช่แสง อะตอมของรูบิเดียมเคลื่อนที่เร็วกว่าความเร็วเสียงดังนั้นคลื่นเสียงจึงไม่สามารถไปถึงขอบฟ้าเหตุการณ์และหนีออกจากหลุมดำได้ อย่างไรก็ตามนอกขอบฟ้าเหตุการณ์ก๊าซจะไหลช้าคลื่นเสียงจึงเคลื่อนที่ได้อย่างอิสระ
รูบิเดียมไหลเร็วเร็วกว่าความเร็วเสียงและนั่นหมายความว่าเสียงไม่สามารถสวนทางกับการไหลได้ สมมติว่ามีคนพยายามว่ายทวนกระแสน้ำ หากกระแสนี้เคลื่อนที่เร็วเกินกว่าที่เขาจะสามารถว่ายน้ำได้ก็เป็นไปไม่ได้ที่จะก้าวไปข้างหน้า นักว่ายน้ำถูกผลักกลับอย่างต่อเนื่อง - กระแสน้ำเคลื่อนที่เร็วเกินไปและสวนทางกัน เป็นผลให้คนติดอยู่ในที่เดียว นี่คือสิ่งที่เหมือนกับการติดอยู่ในหลุมดำและพยายามไปให้ถึงขอบฟ้าเหตุการณ์จากภายใน
รังสีฮอว์กิงประกอบด้วยโฟตอนคู่หนึ่ง (เช่นอนุภาคแสง): อนุภาคหนึ่งออกมาจากหลุมดำ และอีกอนุภาคตกลงกลับเข้าไป ในความพยายามที่จะระบุรังสีฮอว์กิงที่ปล่อยออกมาจากหลุมดำแอนะล็อก นักวิทยาศาสตร์มองหาคลื่นเสียงคู่ที่คล้ายกัน คลื่นหนึ่งออกมาจากหลุมดำและอีกคลื่นเคลื่อนเข้าไปข้างใน เมื่อพวกเขาระบุคู่คลื่นเสียงเหล่านี้ได้แล้ว นักวิจัยก็พยายามที่จะตรวจสอบว่ามีความสัมพันธ์กันระหว่างคลื่นเสียงเหล่านี้หรือไม่ นักฟิสิกส์ทำการทดลองซ้ำ 97,000 ครั้ง ซึ่งเท่ากับการวัดต่อเนื่อง 124 วัน ผลก็คือ นักวิจัยค้นพบว่ามีคลื่นเสียงคู่หนึ่งปรากฏขึ้นที่อะนาล็อกของหลุมดำ และยังยืนยันความสัมพันธ์ระหว่างคลื่นเหล่านั้นด้วย
โดยรวมแล้วผลลัพธ์ดูเหมือนจะยืนยันได้ว่าการแผ่รังสีที่ปล่อยออกมาจากหลุมดำจะหยุดนิ่งตามที่ Hawking ทำนายไว้ แม้ว่าผลลัพธ์เหล่านี้จะเกี่ยวข้องกับหลุมดำแบบอะนาล็อกที่พวกเขาสร้างขึ้นเป็นหลัก แต่การศึกษาทางทฤษฎีสามารถช่วยยืนยันได้ว่าสามารถนำไปใช้กับหลุมดำจริงได้หรือไม่
บรรทัดล่างคืออะไร?
การศึกษาของนักวิทยาศาสตร์ทำให้เกิดคำถามที่สำคัญความจริงก็คือพวกเขาสามารถสังเกตอายุการใช้งานทั้งหมดของหลุมดำอะนาล็อกและดูว่ารังสีฮอว์กิงเริ่มต้นอย่างไร การวิจัยในอนาคตอาจพยายามเปรียบเทียบผลลัพธ์ของงานกับการคาดการณ์ว่าจะเกิดอะไรขึ้นในหลุมดำจริง ด้วยวิธีนี้ นักวิทยาศาสตร์จะสามารถดูได้ว่ารังสีฮอว์กิง “ของจริง” เริ่มต้นที่ศูนย์แล้วเพิ่มขึ้นหรือไม่ ตามที่นักฟิสิกส์สังเกตเห็นในระหว่างการทดลอง
หลุมดำที่แท้จริงมีสองขอบเขต:ด้านนอกคือขอบฟ้าเหตุการณ์ (แม่นยำกว่าคือขอบฟ้าของการมองเห็น) และด้านในคือขอบฟ้า Cauchy ระหว่างขอบฟ้าทั้งสองมีพื้นที่ T ซึ่งการเคลื่อนที่ของวัตถุใด ๆ สามารถทำได้ในทิศทางเดียวเท่านั้น: แสงอนุภาคหรือบุคคลจะเคลื่อนที่เข้าด้านในเท่านั้น กระแสน้ำจะเพิ่มขึ้นเมื่อคุณเคลื่อนที่ในบริเวณนี้ไปยังขอบฟ้า Cauchy ด้านใน น่าแปลกที่ภายใต้นั้นการเคลื่อนที่ของวัตถุไปยังจุดศูนย์กลางจะช้าลงอย่างมาก (ในแง่หนึ่งคือพิกัดที่มาพร้อมกับวัตถุนั้นเอง)
หลังจากหยุดที่ศูนย์ดูแลมันเริ่มที่จะผลักออกไปด้านนอก - สู่จักรวาลอื่น (โทโพโลยีสำหรับหลุมดำที่แท้จริงนั้นไม่สำคัญมีการเชื่อมต่อระหว่างจักรวาลที่แตกต่างกันและวัตถุจะต้องถูกผลักออกไปสู่จักรวาลอื่น) ที่จุดหยุด (เรียกอีกอย่างว่าจุดหักเหจุดคอ) มีแรงน้ำขึ้นน้ำลงสูงสุดสำหรับหลุมดำวัตถุที่กำหนดและเงื่อนไขเริ่มต้นสำหรับการตกของวัตถุนี้ (ในเงื่อนไขอื่น ๆ ค่าสูงสุดนี้จะแตกต่างกัน แต่มีข้อ จำกัด เสมอ)
ในพื้นที่ด้านในขอบฟ้าด้านในแรงดึงโน้มถ่วงจะต่ำกว่ามากดังนั้นวัตถุจึงเคลื่อนที่ได้อย่างอิสระและไม่ถูกดึงดูดไปที่ใจกลางหลุมดำอีกต่อไป อย่างไรก็ตามพวกเขายังไม่สามารถออกจากหลุมดำได้เนื่องจากไม่สามารถผ่านขอบฟ้าด้านในไปในทิศทางตรงกันข้ามได้ (เช่นมุ่งหน้าไปยังขอบฟ้าเหตุการณ์)
โดยพื้นฐานแล้วขอบฟ้าเหตุการณ์คือทรงกลมด้านนอกหลุมดำและภายในมีทรงกลมเล็ก ๆ ที่เรียกว่าขอบฟ้าด้านใน หากคนตกเกินขอบฟ้าภายในเขาจะยังคงติดอยู่ในหลุมดำ แต่อย่างน้อยเขาจะไม่รู้สึกถึงฟิสิกส์ที่คิดไม่ถึงว่าอยู่ในนั้น บุคคลนั้นจะพบว่าตัวเองอยู่ในสภาพแวดล้อมที่“ ปกติ” มากขึ้นเนื่องจากแรงโน้มถ่วงจะต่ำลงและจะไม่สามารถรู้สึกได้อีกต่อไป
นักฟิสิกส์บางคนคาดการณ์ว่าเมื่อหลุมดำอะนาล็อกก่อตัวเป็นขอบฟ้าด้านในรังสีที่ปล่อยออกมาจะแข็งแกร่งขึ้น ที่น่าสนใจนี่คือสิ่งที่เกิดขึ้นในหลุมดำอะนาล็อกที่สร้างโดยนักวิจัยของ Technion ดังนั้นการศึกษานี้อาจเป็นแรงบันดาลใจให้นักฟิสิกส์คนอื่น ๆ ศึกษาผลของการก่อตัวของขอบฟ้าด้านในต่อความเข้มของรังสี Hawking
อ่านยัง
แผนที่แรกที่แม่นยำของโลกถูกสร้างขึ้น คนอื่นผิดอะไร
นักวิทยาศาสตร์ได้บันทึกเป็นครั้งแรกว่าดาวเคราะห์ก่อตัวรอบดาวฤกษ์มวลต่ำอย่างไร
มีการค้นพบเวชศาสตร์ชะลอวัยที่ขจัดเซลล์ชรา