یک اتفاق عجیب؛ تابش سیاهچاله شبیه‌سازی شده در آزمایشگاه

صد آنلاین | تیمی از فیزیکدانان در سال ۲۰۲۲ معادل چیزی را که ما تابش هاوکینگ می نامیم مشاهده کردند: ذرات ناشی از اختلالات در نوسانات کوانتومی ناشی از شکست سیاهچاله در فضا- زمان

کد خبر: ۵۳۰۹۵

تاریخ: ۲۲ آبان ۱۴۰۲ - ۰۷:۱۸

آن ها می گویند که این می تواند به حل تنش بین دو چارچوبِ در حال حاضر آشتی ناپذیر برای توصیف جهان کمک کند: یکی نظریه نسبیت عام، که رفتار گرانش را بعنوان یک میدان پیوسته به نام فضا- زمان توصیف می کند، و دیگری مکانیک کوانتومی که رفتار ذرات گسسته را با استفاده از ریاضیات احتمالات توصیف می کند.

برای رسیدن به تئوری یکپارچه گرانش کوانتومی که بتوان آن را به صورتی جهان شمول بکار برد، این دو نظریه غیرقابل امتزاج باید راهی پیدا کنند تا به نحوی با هم کنار بیایند. اینجاست که پای سیاهچاله ها به میان می آید: شاید عجیب ترین پدیده کیهانی که می شناسیم.

سیاهچاله های به قدری چگال هستند که در فاصله معینی از مرکز جرمشان، حتی نور هم با آن سرعت بالا قادر به گریز نیست. این فاصله که بسته به جرم سیاهچاله متغیر است، افق رویداد نامیده می شود. هنگامی که چیزی از این مرز عبور کند ، فقط می توانیم اتفاقی را که می افتد تصور کنیم، زیرا دیگر هیچ کس از سرنوشت آن مطلع نخواهد شد. اما در سال ۱۹۷۴، استیون هاوکینگ پیشنهاد کرد که وقفه در نوسانات کوانتومی ناشی از افق رویداد، منجر به نوعی تابش، بسیار شبیه به تابش گرمایی می شود.

اگر این تشعشعات هاوکینگ وجود داشته باشد، آن قدر ضعیف است که ما هنوز نمی توانیم آن را در مقیاس کیهانی تشخیص دهیم، ولی می توانیم خواص آنرا با ایجاد آنالوگ های سیاه چاله در آزمایشگاه بررسی کنیم.

این کار قبلا انجام شده بود، اما در نوامبر ۲۰۲۲ تیمی به رهبری لوته مرتنز از دانشگاه آمستردام در هلند چیز جدیدی را امتحان کردند. در این آزمایش، یک زنجیره یک بعدی از اتم ها بعنوان مسیری برای الکترون ها برای «پرش» از یک موقعیت به موقعیت دیگر عمل می کرد. فیزیکدانان می توانند در چنین شرایطی، نوعی افق رویداد ایجاد کنند که با ماهیت موجی مانند الکترون ها تداخل داشته باشد.

به گفته این تیم تحقیقاتی، اثر این افق رویداد آزمایشگاهی، باعث افزایش دما شد که با انتظارات نظری از یک سیستم سیاه چاله معادل خود مطابقت داشت؛ ولی تنها زمانی که بخشی از زنجیره فراتر از افق رویداد گسترش یابد. این می تواند به این معنا باشد که درهم تنیدگی ذراتی که در افق رویداد قرار دارند، در تولید تشعشعات هاوکینگ موثر است.

تشعشعات هاوکینگ شبيه سازي شده فقط برای طیف خاصی از دامنه های پرش حرارتی بود و با شبیه سازی هایی شروع شد که با تقلید از نوعی فضا- زمان «مسطح» در نظر گرفته می شد. این نشان می دهد که تابش هاوکینگ ممکن است فقط در محدوده ای از موقعیت ها و زمانی که تغییری در پیچ و تاب فضا- زمان به دلیل گرانش وجود دارد، تابش گرمایی باشد.

معلوم نیست که این برای گرانش کوانتومی چه معنایی دارد، ولی این مدل راهی برای مطالعه ظهور تابش هاوکینگ در محیطی ارائه می کند که تحت تاثیر دینامیک تشکیل یک سیاه چاله نیست. به گفته محققان، از آنجایی که سیستم بسیار ساده است، می توان آن را در طیف وسیعی از مجموعه آزمایش ها به کار برد.

این تحقیق در «Physical Review Research» منتشر شده است.

654789