Dr. Stephen Hawking a prezentat o teorie tulburătoare în 1974, care pretindea că găurile negre se evaporă. Acum, 40 de ani mai târziu, un cercetător a anunțat crearea unei simulări a radiațiilor Hawking într-un cadru de laborator.
Posibilitatea unei găuri negre provenea din teoria Einstein a relativității generale. Karl Schwarzchild în 1916 a fost primul care a realizat posibilitatea unei singularități gravitaționale cu o graniță înconjurătoare la care lumina sau materia care intră nu pot scăpa.
În această lună, Jeff Steinhauer, de la Technion - Institutul Tehnologic din Israel, descrie în lucrarea sa „Observația radiației Hawking auto-amplificatoare într-un laser analog cu o gaură neagră” în revista Nature, cum a creat un orizont de eveniment analog cu o substanță răcit până aproape de zero absolut și folosind lasere a fost capabil să detecteze emisia de radiații Hawking. Ar putea fi aceasta prima dovadă valabilă a existenței radiațiilor Hawking și, prin urmare, să sigileze soarta tuturor găurilor negre?
Aceasta nu este prima încercare de a crea un analog de radiații Hawking într-un laborator. În 2010, un analog a fost creat dintr-un bloc de sticlă, un laser, oglinzi și un detector răcit (Phys. Rev. Letter, sept. 2010); niciun fum nu însoțea oglinzile. Impulsul ultra-scurt al luminii laser intense care trece prin geam a indus o perturbare a indicelui de refracție (RIP) care a funcționat ca orizont de eveniment. Lumina a fost văzută emitând din POR. Cu toate acestea, rezultatele lui F. Belgiorno et al. rămân controversate. Mai multe experimente erau încă justificate.
Cea mai recentă încercare de a reproduce radiațiile Hawking de către Steinhauer are o abordare mai înaltă. El creează un condensat Bose-Einstein, o stare exotică a materiei la o temperatură zero aproape foarte aproape. Granițele create în cadrul condensului au funcționat ca orizont de eveniment. Cu toate acestea, înainte de a intra în detalii suplimentare, să facem un pas înapoi și să luăm în considerare ceea ce Steinhauer și alții încearcă să reproducă.
Rețeta pentru producerea radiațiilor Hawking începe cu o gaură neagră. Orice dimensiune de gaură neagră va face. Teoria lui Hawking afirmă că găurile negre mai mici vor radia mai rapid decât cele mai mari și în absența materiei care intră în ele - acreția, se va „evapora” mult mai repede. Găurile negre uriașe pot dura mai mult de un milion de ori de vârsta actuală a Universului pentru a se evapora prin radiații Hawking. Ca o anvelopă cu o scurgere lentă, majoritatea găurilor negre te-ar duce la cea mai apropiată stație de reparații.
Deci ai o gaură neagră. Are un orizont de evenimente. Acest orizont este cunoscut și sub numele de raza Schwarzchild; verificarea luminii sau a materiei în orizontul evenimentului nu poate fi niciodată verificată. Sau așa a fost înțelegerea acceptată până când teoria Dr. Hawking a avansat-o. Și în afara orizontului de eveniment este un spațiu obișnuit cu câteva avertismente; ia în considerare cu câteva condimente adăugate. La orizontul evenimentului forța gravitației din gaura neagră este atât de extremă încât induce și mărește efectele cuantice.
Tot spațiul - din interiorul nostru și care ne înconjoară până la capetele Universului include un vid cuantic. Oriunde în vidul cuantic al spațiului, perechile de particule virtuale apar și dispar; anihilându-se reciproc pe scări de timp extrem de scurte. Cu condițiile extreme la orizontul evenimentului, se concretizează perechi de particule virtuale și anti-particule, cum ar fi, un electron și un pozitron. Cele care apar suficient de aproape de orizontul evenimentului pot avea una sau alta particulă virtuală înălțată de gravitatea găurilor negre lăsând o singură particulă care, în consecință, este acum liberă să se adauge radiației care emană din jurul găurii negre; radiația care, în ansamblu, este ceea ce pot folosi astronomii pentru a detecta prezența unei găuri negre, dar nu observați direct aceasta. Este Decuplarea de particule virtuale de gaura neagră la orizontul său de eveniment care provoacă radiația Hawking care, prin ea însăși, reprezintă o pierdere netă de masă din gaura neagră.
Deci, de ce astronomii nu caută doar în spațiu radiațiile Hawking? Problema este că radiația este foarte slabă și este copleșită de radiațiile produse de multe alte procese fizice care înconjoară gaura neagră cu un disc de acreție. Radiația este înecată de corul proceselor energetice. Deci, cea mai imediată posibilitate este de a reproduce radiația Hawking folosind un analog. În timp ce radiația Hawking este slabă în comparație cu masa și energia unei găuri negre, radiația are, în esență, tot timpul din Univers să se distrugă de corpul părinte.
Aici convergența înțelegerii în creștere a găurilor negre a dus la lucrările primare ale Dr. Hawking. Teoreticienii, inclusiv Hawking, și-au dat seama că, în ciuda teoriei cuantice și gravitaționale care este necesară pentru a descrie o gaură neagră, găurile negre se comportă, de asemenea, ca niște corpuri negre. Sunt guvernate de termodinamică și sunt sclavi ai entropiei. Producția de radiații Hawking poate fi caracterizată ca un proces termodinamic și asta ne duce înapoi la experimentaliști. Alte procese termodinamice ar putea fi utilizate pentru a reproduce emisia acestui tip de radiații.
Folosind condensul Bose-Einstein într-un vas, Steinhauer a direcționat fascicule laser în condensatul delicat pentru a crea un orizont de eveniment. Mai mult, experimentul său creează unde sonore care devin prinse între două granițe care definesc orizontul evenimentului. Steinhauer a descoperit că undele sonore la orizontul său analog de eveniment au fost amplificate așa cum se întâmplă la lumină într-o cavitate laser obișnuită, dar și așa cum a prevăzut teoria teoriei găurilor negre ale Dr. Hawking. Lumina scapă din laserul prezent la orizontul evenimentului analog. Steinhauer explică că această lumină care scapă reprezintă radiația Hawking căutată de mult timp.
Publicarea acestei lucrări în Nature a suferit o analiză considerabilă de la egal la egal pentru a fi acceptată, dar asta numai nu validează constatările sale. Munca lui Steinhauer va rezista acum la o examinare și mai mare. Alții vor încerca să-și dubleze opera. Configurația sa de laborator este un analog și rămâne de verificat că ceea ce observă el reprezintă cu adevărat radiația Hawking.
Referințe:
„Observarea radiației Hawking auto-amplificatoare într-un laser analogic cu găuri negre”, Nature Physics, 12 octombrie 2014
„Radiația Hawking din filamentele cu impulsuri laser cu ultrasunete”, F. Belgiorno și colab., Phys. Scrisoare, septembrie 2010
„Explozii cu gaură neagră?”, S. W. Hawking și colab., Nature, 01 martie 1974
„Mecanica cuantică a găurilor negre”, S. Hawking, Scientific American, ianuarie 1977
