Dr Stephen Hawking 1974. gadā sniedza satraucošu teoriju, kurā apgalvoja, ka melnie caurumi iztvaiko. Tagad, 40 gadus vēlāk, pētnieks ir paziņojis par Hokinga starojuma simulācijas izveidi laboratorijas apstākļos.
Melnā cauruma iespējamība radusies no Einšteina vispārējās relativitātes teorijas. Kārlis Švarccsilds 1916. gadā bija pirmais, kurš apzinājās gravitācijas singularitātes iespēju ar robežu, kas to ieskauj, pie kuras nevar izplūst gaisma vai matērija, kas iekļūst.
Šomēnes Džefs Šteinhauers no Izraēlas Tehnoloģiju institūta “Technion” savā žurnālā Nature “Pašpastiprinoša Hjūkinga starojuma novērošana analogā melnā cauruma lāzerā” apraksta, kā viņš izveidoja analogo notikumu horizontu, izmantojot vielu atdzesēts līdz gandrīz absolūtai nullei un, izmantojot lāzerus, varēja noteikt Hokinga starojuma izstarojumu. Vai tas varētu būt pirmais pamatotais pierādījums par Hokinga starojuma esamību un attiecīgi aizzīmogot visu melno caurumu likteni?
Šis nav pirmais mēģinājums laboratorijā izveidot Hjūkinga radiācijas analogu. 2010. gadā no stikla bloka, lāzera, spoguļiem un atdzesēta detektora tika izveidots analogs (Phys. Rev. Letter, 2010. gada septembris); nav dūmu, kas pavada spoguļus. Īpaši īss intensīvas lāzera gaismas impulss, kas iet caur stiklu, izraisīja refrakcijas indeksa traucējumus (RIP), kas darbojās kā notikumu horizonts. Tika redzams, ka gaisma izstaro no PIP. Neskatoties uz to, F. Belgiorno et al. paliek strīdīgi. Vairāk eksperimentu joprojām bija pamatoti.
Jaunākais Šteinhauera mēģinājums replicēt Hokinga starojumu notiek ar augstāko tehnoloģiju pieeju. Viņš rada Bose-Einšteina kondensātu, eksotisku matērijas stāvokli ļoti tuvu absolūtai nulles temperatūrai. Kondensātā izveidotās robežas darbojās kā notikumu horizonts. Tomēr, pirms iedziļināties sīkāk, pavērsim soli atpakaļ un pārdomāsim, ko Šteinhauers un citi mēģina atkārtot.
Hokinga starojuma pagatavošanas recepte sākas ar melno caurumu. Darīs jebkura izmēra melnais caurums. Hjūkinga teorija apgalvo, ka mazāki melnie caurumi ātrāk izstaros nekā lielāki un, ja tajos neietilpst viela - akrecija, “iztvaiko” daudz ātrāk. Milzīgu melno caurumu iztvaikošana Hokinga starojuma ietekmē var ilgt vairāk nekā miljonu reižu salīdzinājumā ar pašreizējo Visuma vecumu. Līdzīgi kā riepai ar lēnu noplūdi, vairums melno caurumu novirzītu jūs uz tuvāko remonta staciju.
Tātad jums ir melnais caurums. Tam ir notikumu horizonts. Šis horizonts ir pazīstams arī kā Schwarzchild rādiuss; Gaismas vai matērijas pārbaude notikuma horizontā nekad nav iespējama. Vai arī tā bija pieņemtā izpratne, līdz Dr. Hokinga teorija to neizvirzīja. Un ārpus notikuma horizonta ir parasta telpa ar dažiem brīdinājumiem; apsveriet to ar pievienotām garšvielām. Notikuma horizontā smaguma spēks no melnā cauruma ir tik ekstrēms, ka tas rada un palielina kvantu efektus.
Visa telpa - mūsos un mūs apņem līdz Visuma galiem - satur kvantu vakuumu. Visur kosmosa kvantu vakuumā parādās un pazūd virtuālo daļiņu pāri; nekavējoties iznīcinot viens otru ārkārtīgi īsā laika posmā. Ekstremālos apstākļos notikuma horizontā materializējas virtuālo daļiņu un pretdaļiņu pāri, piemēram, elektronu un pozitronu. Tajās, kas parādās pietiekami tuvu notikuma horizontam, var būt tāda vai otra virtuālā daļiņa, kas sakāpināta līdz melno caurumu gravitācijai, atstājot tikai vienu daļiņu, kas tādējādi tagad var brīvi pievienot starojumu, kas rodas no melnā cauruma; starojums, ko kopumā astronomi var izmantot, lai noteiktu melnā cauruma klātbūtni, bet tieši to nenovērotu. Tas ir nesapārot virtuālo daļiņu pa melno caurumu tā notikumu horizontā, kas izraisa Hokinga starojumu, kas pats par sevi ir tīrā masas zudums no melnā cauruma.
Kāpēc gan astronomi nemeklē kosmosā tikai Hokinga starojumu? Problēma ir tā, ka starojums ir ļoti vājš un to nomāc radiācija, ko rada daudzi citi fizikāli procesi, kas ieskauj melno caurumu ar akrecijas disku. Apstarojumu izsmej enerģētisko procesu koris. Tātad visvienkāršākā iespēja ir atkārtot Hokinga starojumu, izmantojot analogu. Kaut arī Hokinga starojums ir vājš, salīdzinot ar melnā cauruma masu un enerģiju, visam starojumam būtībā visu laiku Visumā ir jāatslāņojas pie vecāka ķermeņa.
Šajā vietā pieaugošās melno caurumu izpratnes saplūšana noveda pie Dr Hjūkinga pamata darba. Teorētiķi, ieskaitot Hokingu, saprata, ka, neskatoties uz kvantu un gravitācijas teoriju, kas nepieciešama, lai aprakstītu melno caurumu, melnie caurumi uzvedas tāpat kā melnie ķermeņi. Tos regulē termodinamika un ir entropijas vergi. Hokinga starojuma veidošanos var raksturot kā termodinamisko procesu, un tas ir tas, kas mūs ved atpakaļ pie eksperimentālistiem. Šāda veida starojuma atkārtošanai varētu izmantot citus termodinamiskos procesus.
Izmantojot Bose-Einšteina kondensātu traukā, Šteinhauers vērsa lāzera starus delikātajā kondensātā, lai izveidotu notikumu horizontu. Turklāt viņa eksperiments rada skaņas viļņus, kas ieslodzīti starp divām robežām, kas nosaka notikuma horizontu. Šteinhauers atklāja, ka skaņas viļņi viņa analogā notikuma horizontā tiek pastiprināti, kā tas notiek ar gaismu kopējā lāzera dobumā, bet arī kā to paredz Dr. Dr Hjūkinga teorija par melnajiem caurumiem. Gaisma izplūst no lāzera, kas atrodas analogā notikuma horizontā. Šteinhauers skaidro, ka šī bēgošā gaisma attēlo ilgi meklēto Hjūkinga starojumu.
Šī darba publicēšana žurnālā Nature tika pakļauta ievērojamam salīdzinošam novērtējumam, kas bija jāpieņem, bet tas pats par sevi viņa atzinumus neapstiprina. Šteinhauera darbs tagad izturēs vēl lielāku pārbaudi. Citi mēģinās dublēt viņa darbu. Viņa laboratorijas iestatījums ir analogs, un atliek tikai pārliecināties, ka tas, ko viņš novēro, patiesi atspoguļo Hokinga starojumu.
Atsauces:
“Pašaktivizējoša Hokinga starojuma novērošana analogā melno caurumu lāzerā”, Dabas fizika, 2014. gada 12. oktobris
“Hokinga starojums no ultra-īsa lāzera impulsa pavedieniem”, F. Belgiorno et al., Phys. Vēstule, 2010. gada septembris
“Melnā cauruma sprādzieni?”, S. W. Hawking et al., Daba, 1974. gada 1. marts
“Melno caurumu kvantu mehānika”, S. Hokings, zinātniskais amerikānis, 1977. gada janvāris
