Οι επιστήμονες προσομοίωσαν μία μαύρη τρύπα – Αυτό που προέκυψε μπορεί τελικά να δώσει απάντηση στο επικό ερώτημα στη σύγχρονη φυσική

   Ένα «αντίγραφο» μίας μαύρης τρύπας θα μπορούσε να δώσει πολύ σημαντικές πληροφορίες στους επιστήμονες για την ακτινοβολία που θεωρούν ότ...

  

Ένα «αντίγραφο» μίας μαύρης τρύπας θα μπορούσε να δώσει πολύ σημαντικές πληροφορίες στους επιστήμονες για την ακτινοβολία που θεωρούν ότι εκπέμπουν οι πραγματικές μαύρες τρύπες και μέχρι τώρα παραμένει δυσνόητη.

Χρησιμοποιώντας μια αλυσίδα ατόμων σε ένα αρχείο για την προσομοίωση του ορίζοντα γεγονότων μιας μαύρης τρύπας, μια ομάδα φυσικών το 2022 παρατήρησε το ισοδύναμο αυτού που ονομάζουμε ακτινοβολία Hawking, δηλαδή σωματίδια να γεννιούνται από διαταραχές στις κβαντικές διακυμάνσεις, που προκάλεσε το σπάσιμο της μαύρης τρύπας στον χωροχρόνο.

Επιστημονική μελέτη αναφέρει ότι αυτό θα μπορούσε να βοηθήσει στην επίλυση της έντασης μεταξύ δύο επί του παρόντος ασυμβίβαστων πλαισίων για την περιγραφή του Σύμπαντος. Πρώτον την γενική θεωρία της σχετικότητας, η οποία περιγράφει τη συμπεριφορά της βαρύτητας ως ένα συνεχές πεδίο γνωστό ως χωροχρόνος και την κβαντομηχανική, η οποία περιγράφει τη συμπεριφορά των διακριτών σωματιδίων χρησιμοποιώντας τα μαθηματικά των πιθανοτήτων.

Για να υπάρξει μία ενοποιημένη θεωρία της κβαντικής βαρύτητας που να μπορεί να εφαρμοστεί καθολικά, αυτές οι δύο θεωρίες πρέπει να βρουν έναν τρόπο να συνυπάρξουν.

Εδώ εμφανίζονται οι μαύρες τρύπες – πιθανώς τα πιο περίεργα, πιο ακραία αντικείμενα στο Σύμπαν. Αυτά τα ογκώδη αντικείμενα είναι τόσο πυκνά που, σε μια ορισμένη απόσταση από το κέντρο μάζας της μαύρης τρύπας, καμία ταχύτητα στο Σύμπαν δεν είναι επαρκής για να διαφύγει, ούτε καν ταχύτητα φωτός.

Αυτή η απόσταση, που ποικίλλει ανάλογα με τη μάζα της μαύρης τρύπας, ονομάζεται ορίζοντας γεγονότων. Μόλις ένα αντικείμενο περάσει τα όριά του, μπορούμε μόνο να φανταστούμε τι συμβαίνει, αφού τίποτα δεν επιστρέφει με ζωτικές πληροφορίες για αυτό που του συνέβη. Ωστόσο το 1974, ο Stephen Hawking πρότεινε ότι οι διακοπές των κβαντικών διακυμάνσεων που προκαλούνται από τον ορίζοντα γεγονότων έχουν ως αποτέλεσμα έναν τύπο ακτινοβολίας πολύ παρόμοιο με τη θερμική ακτινοβολία.

Εάν αυτή η ακτινοβολία Hawking υπάρχει, είναι πολύ αχνή για να την ανιχνεύσουμε. Αλλά μπορούμε να διερευνήσουμε τις ιδιότητές της με την δημιουργία αντιγράφου μίας μαύρης τρύπας σε εργαστηριακές συνθήκες.

Αυτό είχε γίνει στο παρελθόν, αλλά τον Νοέμβριο του 2022 μια ομάδα με επικεφαλής τη Lotte Mertens του Πανεπιστημίου του Άμστερνταμ στην Ολλανδία δοκίμασε κάτι νέο.

Μια μονοδιάστατη αλυσίδα ατόμων χρησίμευε ως διαδρομή για τα ηλεκτρόνια προκειμένου να «πηδούν» από τη μια θέση στην άλλη. Συντονίζοντας την ευκολία με την οποία μπορεί να συμβεί αυτό το άλμα, οι φυσικοί θα μπορούσαν να προκαλέσουν εξαφάνιση ορισμένων ιδιοτήτων, δημιουργώντας ουσιαστικά ένα είδος ορίζοντα γεγονότων που παρενέβαινε στην κυματική φύση των ηλεκτρονίων.

Σύμφωνα με την ερευνητική ομάδα, η επίδραση αυτού του πλαστού ορίζοντα γεγονότων προκάλεσε αύξηση της θερμοκρασίας που ταίριαζε με τις θεωρητικές προσδοκίες ενός ισοδύναμου συστήματος μαύρης τρύπας αλλά μόνο όταν μέρος της αλυσίδας εκτείνεται πέρα από τον ορίζοντα γεγονότων.

Αυτό θα μπορούσε να σημαίνει ότι η εμπλοκή των σωματιδίων που διασχίζουν τον ορίζοντα γεγονότων είναι καθοριστική για τη δημιουργία ακτινοβολίας Hawking.

Η προσομοίωση της ακτινοβολίας Hawking ήταν μόνο θερμική για ένα συγκεκριμένο εύρος πλάτους για τα άλματα και με προσομοιώσεις που ξεκίνησαν μιμούμενες ένα είδος χωροχρόνου που θεωρούνταν «επίπεδος». Αυτό υποδηλώνει ότι η ακτινοβολία Hawking μπορεί να είναι θερμική μόνο σε ένα εύρος καταστάσεων και όταν υπάρχει μια στρέβλωση στον χωροχρόνο εξαιτίας της βαρύτητας.

Δεν είναι σαφές τι σημαίνει αυτό για την κβαντική βαρύτητα, αλλά το μοντέλο προσφέρει έναν τρόπο μελέτης της εμφάνισης της ακτινοβολίας Hawking σε ένα περιβάλλον που δεν επηρεάζεται από την άγρια δυναμική του σχηματισμού μιας μαύρης τρύπας. Και, επειδή είναι τόσο απλό, μπορεί να λειτουργήσει σε ένα ευρύ φάσμα πειραματικών ρυθμίσεων, είπαν οι ερευνητές.

«Αυτό μπορεί να ανοίξει ένα πεδίο για την εξερεύνηση θεμελιωδών κβαντομηχανικών πτυχών παράλληλα με τη βαρύτητα και τους καμπύλους χωροχρόνους σε διάφορες ρυθμίσεις συμπυκνωμένης ύλης», έγραψαν οι ερευνητές.