Kara delikler nasıl "çalışır"?
Kara delikler uzayda yerçekiminin çok güçlü olduğu alanlardır. Dahası
Sıradan bir kara delikte Hawking radyasyonuolay ufkunda bir parçacık-antiparçacık çiftine dönüşen bir çift sanal parçacık göründüğünde ortaya çıkar. Bu durumda parçacıklardan biri ufkun ötesine düşerken diğeri uçup gider.
Hawking ne öngördü?
Teorik fizikçi Stephen Hawking şunları öngördü:kara deliklerden hiçbir şey çıkamasa da, kendiliğinden sınırlı miktarda ışık yayarlar. Hawking radyasyonu olarak bilinir. Fizikçinin tahminlerine göre, bu radyasyon kendiliğinden (yani hiçlikten kaynaklanıyor) ve durağandır (yani yoğunluğu zamanla pek değişmiyor).
Hawking radyasyonu bilim adamlarının ana argümanıdırLHC'deki (Büyük Hadron Çarpıştırıcısı) deneyler sırasında teorik olarak ortaya çıkabilecek küçük kara deliklerin bozunması (buharlaşması) ile ilgili. Bu etki, Hawking radyasyonunu kullanarak bir kara delikten enerji elde etmeye yönelik bir cihaz olan tekil bir reaktör fikrinin temelini oluşturur.
Yazar: Maximilien Brice, CERN — CERN Doküman Sunucusu, CC BY-SA 3.0
V. Gribov, Ya.Zeldovich, kuantum tünelleme sayesinde kara deliklerin parçacık yayması gerektiğinde ısrar etti. Hawking, çalışmasının yayınlanmasından önce bile 1973'te Moskova'yı ziyaret etti ve burada Sovyet bilim adamları Yakov Zeldovich ve Alexei Starobinsky ile görüştü. Hawking'e kuantum mekaniğinin belirsizlik ilkesine göre dönen kara deliklerin parçacık üretip yayması gerektiğini gösterdiler.
Hawking'in tahminlerine göre siyahın radyasyonudelik kendiliğindendir. Bilim adamları, yeni çalışmalarında, kara deliklerinden yayılan radyasyonun da sabit olup olmadığını (yani zaman içinde sabit kalıp kalmadığını) bulmak için yola çıktılar.
Bilim adamları ne öğrendi?
Israel Tech'deki araştırmacılarTechnion Enstitüsü yakın zamanda Hawking'in teorik tahminlerini test etmeyi amaçlayan bir araştırma yaptı. Özellikle, Hawking radyasyonunun laboratuar koşullarında yaratılan "yapay bir kara delikteki" eşdeğerinin sabit olup olmadığını araştırdılar.
Olay ufkunun içine girerseniz,ışık olsa bile buradan çıkabilirsin. Hawking radyasyonu, ışığın zar zor kaçabildiği olay ufkunun hemen ötesinde başlıyor. Bu gerçekten tuhaf çünkü orada hiçbir şey yok; burası boş alan. Fakat bu radyasyon yoktan başlayıp, çıkıp Dünya'ya gidiyor.
Araştırmacılardan biri olan Jeff Steinhauer ScienceX ile röportajında
Bilim adamları nasıl yapay bir kara delik yarattı?
İsraillilerin yarattığı yapay kara delikbilim adamları, yaklaşık 0.1 mm uzunluğa sahipti ve 8.000 rubidyum atomundan oluşan bir gazdan yapıldı. Bu nispeten az sayıda atomdur. Araştırmacılar onu her fotoğrafladığında kara delik çöktü. Bu nedenle, zaman içindeki evrimini gözlemlemek için bir kara delik yaratmaları, fotoğrafını çekmeleri ve sonra bir tane daha yaratmaları gerekiyordu. Bu süreç aylar boyunca birçok kez tekrarlandı.
Araştırmacılar tarafından oluşturulan analog bir kara delik. Kredi: Kolobov ve diğerleri.
Bu analog tarafından yayılan Hawking radyasyonukara delik, ışıktan değil ses dalgalarından oluşur. Rubidyum atomları ses hızından daha hızlı hareket eder, bu nedenle ses dalgaları olay ufkuna ulaşamaz ve kara delikten kaçamaz. Bununla birlikte, olay ufkunun dışında, gaz yavaşça akar, böylece ses dalgaları serbestçe hareket edebilir.
Rubidyum hızlı akar, ses hızından daha hızlıdır vebu, sesin akışa karşı gelemeyeceği anlamına gelir. Diyelim ki bir kişi akıntıya karşı yüzmeye çalışıyor. Bu akıntı yüzebileceğinden daha hızlı hareket ederse, ileriye gitmek imkansızdır. Yüzücü sürekli olarak geri itilir - dere çok hızlı ve ters yönde hareket eder. Sonuç olarak, bir kişi tek bir yerde sıkışır. Bir kara deliğe sıkışıp olay ufkuna içeriden ulaşmaya çalışmak böyle bir şey.
Hawking radyasyonu foton çiftlerinden oluşur (örn.hafif parçacıklar): biri kara delikten çıkar, diğeri ise geri düşer. Analog bir kara deliğin yaydığı Hawking radyasyonunu belirlemek amacıyla bilim insanları, biri kara delikten çıkan, diğeri kara deliğin içine doğru hareket eden benzer ses dalgası çiftlerini aradılar. Araştırmacılar bu ses dalgası çiftlerini belirledikten sonra aralarında korelasyon olup olmadığını belirlemeye çalıştılar. Fizikçiler deneylerini 97.000 kez tekrarladılar; bu da 124 günlük sürekli ölçüm anlamına geliyor. Sonuç olarak, araştırmacılar kara delik analogunda bir çift ses dalgasının göründüğünü keşfettiler ve ayrıca aralarındaki korelasyonu da doğruladılar.
Genel olarak, sonuçlar bunu doğruluyor gibi görünüyorHawking'in öngördüğü gibi kara deliklerin yaydığı radyasyon sabittir. Bu sonuçlar esas olarak oluşturdukları analog kara delikle ilgili olsa da, teorik çalışmalar bunların gerçek kara deliklere uygulanıp uygulanamayacağını doğrulamaya yardımcı olabilir.
Sonuç nedir?
Bilim adamlarının araştırması önemli soruları gündeme getiriyor.Gerçek şu ki, analog bir kara deliğin tüm ömrünü gözlemleyebildiler ve Hawking radyasyonunun nasıl başladığını görebildiler. Gelecekteki araştırmalar, çalışmanın sonuçlarını gerçek bir kara delikte ne olacağına dair tahminlerle karşılaştırmayı deneyebilir. Bu şekilde bilim insanları, fizikçilerin deney sırasında gözlemlediği gibi "gerçek" Hawking radyasyonunun sıfırdan başlayıp sonra artıp artmadığını görebilecekler.
Gerçek bir kara deliğin iki ufku vardır:dıştaki olay ufku (daha doğrusu görünürlük ufku) ve iç kısım Cauchy ufku. İki ufuk arasında, herhangi bir nesnenin hareketinin yalnızca bir yönde mümkün olduğu bir T bölgesi vardır: ışık, parçacık veya kişi yalnızca içe doğru hareket eder. Bu alanda iç Cauchy ufkuna doğru ilerlerken gelgit kuvvetleri artacaktır. Şaşırtıcı bir şekilde, altında, nesnenin merkeze doğru hareketi dramatik bir şekilde yavaşlar (bir anlamda, nesnenin kendisine eşlik eden koordinatlarda).
Görevli tesiste durduktan sonrakoordinatları, başka bir evrene doğru itmeye başlar (gerçek kara delikler için topoloji önemsizdir, farklı evrenler arasında bir bağlantı vardır ve nesne başka bir evrene itilmelidir). Durma noktasında (dönüm noktası, boğaz noktası olarak da adlandırılır), belirli bir kara delik, belirli bir nesne ve bu nesnenin düşüşü için başlangıç koşulları için maksimum gelgit kuvvetleri vardır (diğer durumlarda, bu maksimum farklı olacaktır. , ancak her zaman sonlu).
İç ufkun içindeki alandayerçekimi kuvveti çok daha düşüktür, bu nedenle nesneler serbestçe hareket edebilir ve artık kara deliğin merkezine çekilmez. Ancak yine de kara deliği terk edemezler çünkü iç ufuktan ters yönde geçemezler (yani olay ufkuna doğru ilerleyerek).
Esasen, olay ufku dış küredir.kara delik ve onun içinde iç ufuk adı verilen küçük bir küre var. Bir insan iç ufkun ötesine düşerse, yine de bir kara delikte sıkışıp kalacaktır. Ama en azından içinde olmanın düşünülemez fiziğini hissetmeyecek. Kişi kendini daha “normal” bir ortamda bulacaktır çünkü yerçekimi kuvveti daha düşük olacağından bunu hissetmek artık mümkün olmayacaktır.
Bazı fizikçiler,analog kara delik bir iç ufuk oluşturur, yaydığı radyasyon daha güçlü hale gelir. İlginç bir şekilde, Technion araştırmacıları tarafından yaratılan analog kara delikte tam olarak bu gerçekleşti. Bu nedenle, bu çalışma diğer fizikçilere iç ufuk oluşumunun Hawking radyasyon yoğunluğu üzerindeki etkisini incelemeleri için ilham verebilir.
Ayrıca okuyun
Dünyanın ilk doğru haritası oluşturuldu. Herkesin nesi var?
Bilim adamları, gezegenlerin düşük kütleli yıldızların etrafında nasıl oluştuğunu ilk kez kaydetti
Yaşlanan hücreleri yok eden bir yaşlanma karşıtı ilaç keşfedildi