Naukowcy z St. Andrews University w Szkocji twierdzą, że znaleźli sposób na symulację horyzontu zdarzeń czarnej dziury - nie poprzez nową technikę kosmicznej obserwacji, a nie przez superkomputer o dużej mocy… ale w laboratorium. Używając laserów, długości światłowodu i zależnie od dziwacznej mechaniki kwantowej, można stworzyć „osobliwość” w celu zmiany długości fali lasera, syntezując efekty horyzontu zdarzeń. Jeśli ten eksperyment może stworzyć horyzont zdarzeń, teoretyczne zjawisko promieniowania Hawkinga może zostać przetestowane, być może dając Stephenowi Hawkingowi najlepszą jak dotąd szansę na zdobycie nagrody Nobla.
Jak więc stworzyć czarną dziurę? W kosmosie czarne dziury powstają w wyniku rozpadu masywnych gwiazd. Masa gwiazdy zapada się do jednego punktu (po wyczerpaniu się paliwa i przejściu supernowej) z powodu ogromnych sił grawitacyjnych działających na ciało. Jeżeli gwiazda przekroczy określony „limit” masy (tj Limit Chandrasekhar - maksimum, przy którym masa gwiazdy nie może utrzymać swojej struktury przeciw grawitacji), zapadnie się w dyskretny punkt (osobliwość). Czasoprzestrzeń będzie tak wypaczona, że cała lokalna energia (materia i promieniowanie) wpadnie w osobliwość. Odległość od osobliwości, przy której nawet światło nie może uciec grawitacyjnemu, jest znana jako horyzont zdarzeń. Zderzenia cząstek wysokoenergetycznych przez promienie kosmiczne wpływające na górną atmosferę mogą powodować powstawanie mikro-czarnych dziur (MBH). Wielki Zderzacz Hadronów (w CERN, niedaleko Genewy, Szwajcaria) może również być w stanie wytwarzać zderzenia na tyle energiczne, aby tworzyć MBH. Co ciekawe, jeśli LHC może wytwarzać MBH, teorię Stephena Hawkinga o „promieniowaniu Hawkinga” można udowodnić, gdyby utworzone MBH odparowały prawie natychmiast.
Hawking przewiduje, że czarne dziury emitują promieniowanie. Teoria ta jest paradoksalna, ponieważ żadne promieniowanie nie może uciec przed horyzontem zdarzeń czarnej dziury. Jednak Hawking zakłada, że z powodu dziwactwa w dynamice kwantowej, czarne dziury mogą wytwarzać promieniowanie.
Mówiąc najprościej, Wszechświat pozwala na tworzenie cząstek w próżni, „pożyczając” energię z ich otoczenia. Aby zachować bilans energetyczny, cząstka i jej antycząstka mogą żyć tylko przez krótki czas, bardzo szybko zwracając pożyczoną energię poprzez anihilację ze sobą. Tak długo, jak pojawią się i znikną w ograniczonym czasie, są uważane za „wirtualne cząstki”. Stworzenie do anihilacji ma zerową energię netto.
Jednak sytuacja zmienia się, jeśli ta para cząstek jest generowana w horyzoncie zdarzeń czarnej dziury lub w jej pobliżu. Jeśli jedna z wirtualnych par wpadnie do czarnej dziury, a jej partner zostanie wyrzucony z horyzontu zdarzeń, nie może unicestwić. Obie wirtualne cząstki staną się „rzeczywiste”, umożliwiając ucieczce cząsteczce przenoszenie energii i masy z dala od czarnej dziury (uwięzioną cząsteczkę można uznać za posiadającą masę ujemną, co zmniejsza masę czarnej dziury). W ten sposób promieniowanie Hawkinga przewiduje „odparowanie” czarnych dziur, gdy masa zostaje utracona przez to kwantowe dziwactwo na horyzoncie zdarzeń. Hawking przewiduje, że czarne dziury stopniowo wyparują i znikną, a ten efekt będzie najbardziej widoczny w przypadku małych czarnych dziur i MBH.
Więc… wracając do naszego laboratorium w St. Andrews…
Prof. Ulf Leonhardt ma nadzieję stworzyć warunki horyzontu zdarzeń czarnej dziury za pomocą impulsów laserowych, być może tworząc pierwszy bezpośredni eksperyment w celu przetestowania promieniowania Hawkinga. Leonhardt jest ekspertem od „katastrof kwantowych”, w którym fizyka fal rozpada się, tworząc osobliwość. Podczas ostatniego spotkania „Cosmology Meets Condensed Matter” w Londynie zespół Leonhardta ogłosił swoją metodę symulacji jednego z kluczowych elementów środowiska horyzontów zdarzeń.
Światło przepływa przez materiały z różnymi prędkościami, w zależności od ich właściwości falowych. Grupa St. Andrews używa dwóch wiązek laserowych, jednej wolnej, jednej szybkiej. Najpierw powolny impuls propagacyjny jest wystrzeliwany w dół światłowodu, a następnie szybszy impuls. Szybszy puls powinien „dogonić” wolniejszy puls. Jednak, gdy wolny puls przechodzi przez medium, zmienia właściwości optyczne światłowodu, powodując spowolnienie szybkiego impulsu. Tak dzieje się ze światłem, które próbuje uciec z horyzontu zdarzeń - jest spowolnione do tego stopnia, że zostaje „uwięzione”.
“Pokazujemy na podstawie obliczeń teoretycznych, że taki system jest w stanie zbadać kwantowe efekty horyzontów, w szczególności promieniowanie Hawkinga. ” - Z nadchodzącego artykułu grupy St. Andrews.
Efekty, jakie dwa impulsy laserowe wywierają na siebie, aby naśladować fizykę w horyzoncie zdarzeń, brzmią dziwnie, ale to nowe badanie może pomóc nam zrozumieć, czy MBH są generowane w LHC i mogą popchnąć Stephena Hawkinga nieco bliżej zasłużonej nagrody Nobla.
Źródło: Telegraph.co.uk
