Cercetătorii de la Universitatea St. Andrews, Scoția, susțin că au găsit o modalitate de a simula un orizont de eveniment al unei găuri negre - nu printr-o nouă tehnică de observare cosmică și nu de un supercomputer cu putere mare, ci în laborator. Folosind lasere, o lungime de fibră optică și în funcție de unele mecanici cuantice bizare, poate fi creată o „singularitate” pentru a modifica lungimea de undă a unui laser, sintetizând efectele unui orizont de eveniment. Dacă acest experiment poate produce un orizont de eveniment, fenomenul teoretic al radiației Hawking poate fi testat, oferindu-i lui Stephen Hawking cea mai bună șansă de a câștiga premiul Nobel.
Deci cum creezi o gaură neagră? În cosmos, găurile negre sunt create prin prăbușirea stelelor masive. Masa stelei se prăbușește până la un singur punct (după ce a rămas fără combustibil și a trecut printr-o supernovă) din cauza forțelor masive gravitaționale care acționează asupra corpului. Dacă steaua depășește o anumită „limită” de masă (adică Limita Chandrasekhar - un maxim la care masa unei stele nu își poate susține structura împotriva gravitației), se va prăbuși într-un punct discret (o singularitate). Spațiul-timp va fi atât de deformat încât toată energia locală (materia) și radiația) va cădea în singularitate. Distanța față de singularitatea la care chiar și lumina nu poate scăpa de atracția gravitațională este cunoscută sub numele de orizontul evenimentelor. Coliziunile cu particule mari de energie ale razelor cosmice care afectează atmosfera superioară pot produce găuri micro-negre (MBHs). Colizorul de Hadroni mari (la CERN, lângă Geneva, Elveția) poate fi, de asemenea, capabil să producă coliziuni suficient de energice pentru a crea MBH-uri. Interesant, dacă LHC poate produce MBH-uri, teoria lui Stephen Hawking despre „Radiația Hawking” poate fi dovedită în cazul în care MBH-urile create se evaporă aproape instantaneu.
Hawking prezice că găurile negre emit radiații. Această teorie este paradoxală, deoarece nici o radiație nu poate scăpa de orizontul evenimentului unei găuri negre. Cu toate acestea, Hawking teoretizează că, datorită unei acțiuni în dinamica cuantică, găurile negre poate sa produc radiații.
Mai simplu, Universul permite crearea particulelor în vid, care „împrumută” energia din împrejurimile lor. Pentru a păstra echilibrul energetic, particulele și anti-particulele sale nu pot trăi decât pentru o perioadă scurtă de timp, întorcând energia împrumutată foarte repede, anihilându-se între ele. Atâta timp cât apar și ies din existență într-un termen cuantic, ele sunt considerate „particule virtuale”. Creația spre anihilare are energie netă zero.
Cu toate acestea, situația se schimbă dacă această pereche de particule este generată la sau lângă un orizont de eveniment al unei găuri negre. Dacă una dintre perechile virtuale cade în gaura neagră, iar partenerul ei este izgonit de orizontul evenimentului, nu se poate anihila. Ambele particule virtuale vor deveni „reale”, permițând particulei care scapă să ducă energia și masa departe de gaura neagră (particula prinsă poate fi considerată a avea masă negativă, reducând astfel masa găurii negre). Astfel radiația Hawking prezice „evaporarea” găurilor negre, pe măsură ce pierderea de masă la această cură cuantică la orizontul evenimentului. Hawking prezice că găurile negre se vor evapora și vor dispărea treptat, plus acest efect va fi cel mai proeminent pentru găurile negre mici și MBH-urile.
Deci ... înapoi la laboratorul nostru St. Andrews ...
Prof. Ulf Leonhardt speră să creeze condițiile unui orizont de eveniment cu gaura neagră, folosind impulsuri laser, creând posibil primul experiment direct pentru testarea radiațiilor Hawking. Leonhardt este un expert în „catastrofe cuantice”, punctul în care fizica undelor se descompune, creând o singularitate. În recenta întâlnire „Cosmologia îndeplinește materia condensată” de la Londra, echipa lui Leonhardt și-a anunțat metoda pentru a simula una dintre componentele cheie ale mediului orizontului evenimentului.
Lumina călătorește prin materiale la viteze diferite, în funcție de proprietățile valurilor lor. Grupul St. Andrews folosește două fascicule laser, unul lent, unul rapid. În primul rând, un impuls de propagare lentă este tras în jos de fibra optică, urmată de un impuls mai rapid. Impulsul mai rapid ar trebui să „capteze” cu pulsul mai lent. Cu toate acestea, pe măsură ce pulsul lent trece prin mediu, modifică proprietățile optice ale fibrei, determinând încetinirea pulsului rapid în timp. Acest lucru se întâmplă la lumină în timp ce încearcă să scape de orizontul evenimentului - este încetinit atât de mult încât devine „prins”.
“Arătăm prin calcule teoretice că un astfel de sistem este capabil să probeze efectele cuantice ale orizonturilor, în special radiațiile Hawking.“ - Dintr-o lucrare a grupului St. Andrews.
Efectele pe care două impulsuri laser le au asupra celuilalt pentru a imita fizica într-un orizont de eveniment sună ciudat, dar acest nou studiu ne poate ajuta să înțelegem dacă MBH-urile sunt generate în LHC-uri și pot împinge Stephen Hawking un pic mai aproape de meritat Premiul Nobel.
Sursa: Telegraph.co.uk
