A skóciai St. Andrews Egyetem kutatói azt állítják, hogy megtaláltak egy módszert a fekete lyuk eseményhorizontjának szimulálására - nem egy új kozmikus megfigyelési technikával, és nem egy nagy teljesítményű szuperszámítógéppel…, hanem a laboratóriumban. Lézerek, optikai szálhossz és bizonyos bizarr kvantummechanikumoktól függően létre lehet hozni egy „szingularitást” a lézer hullámhosszának megváltoztatására, szintetizálva egy eseményhorizont hatásait. Ha ez a kísérlet eseményhorizontot eredményezhet, akkor megvizsgálható a Hawking-sugárzás elméleti jelensége, talán adva a legjobb esélyt Stephen Hawkingnek a Nobel-díj nyerésére.
Szóval hogyan lehet létrehozni egy fekete lyukat? A kozmoszban a fekete lyukakat a hatalmas csillagok összeomlása okozza. A csillag tömege egyetlen pontra esik össze (az üzemanyag elfogyása és a szupernóva mentén keresztül) a testre ható hatalmas gravitációs erők miatt. Ha a csillag túllép egy bizonyos tömeghatárot (azaz a Chandrasekhar limit - egy olyan maximum, amelyen egy csillag tömege nem tudja megtartani annak szerkezetét a gravitáció ellen), akkor egy különálló pontba (szingularitás) összeomlik. A tér-idő annyira összefonódik, hogy minden helyi energia (anyag és sugárzás) a szingularitásba esik. Az a távolság a szingularitástól, amelyen belül a fény sem képes elkerülni a gravitációs húzást, a esemény horizonton. A kozmikus sugarak nagy energiájú részecske-ütközései, amelyek befolyásolják a felső atmoszférát, mikrorózsaszín lyukakat (MBH) eredményezhetnek. A Large Hadron Collider (a CERN-nél, Genf közelében, Svájc) szintén képes lehet olyan energiájú ütközések létrehozására, amelyek MBH-k létrehozásához szükségesek. Érdekes, hogy ha az LHC képes MBH-k előállítására, akkor Stephen Hawking „Hawking sugárzás” elmélete igazolható, ha a létrehozott MBH szinte azonnal elpárolog.
Hawking azt jósolja, hogy a fekete lyukak sugárzást bocsátanak ki. Ez az elmélet paradox, mivel egyetlen sugárzás sem kerülheti el a fekete lyuk eseményhorizontját. Hawking azonban elmélete szerint a kvantumdinamikában rejlik a fekete lyukak tud sugártermelést okoznak.
Nagyon egyszerűen fogalmazva: az Univerzum lehetővé teszi a részecskék létrehozását vákuumban, „kölcsönözve” energiát a környezetükből. Az energiaegyensúly megőrzése érdekében a részecske és részecske-ellenes része csak rövid ideig élhet, és a kölcsönözött energiát nagyon gyorsan visszaküldi egymással. Mindaddig, amíg egy kvantumos határidőn belül felbukkannak és nem léteznek, „virtuális részecskéknek” tekintik őket. A megsemmisítéshez való létrehozás nettó nulla energiával rendelkezik.
A helyzet azonban megváltozik, ha ezt a részecskepárt egy fekete lyuk eseményhorizontján vagy annak közelében generálják. Ha az egyik virtuális pár beleesik a fekete lyukba, és partnerét az esemény horizontjától távolítják el, akkor nem tudják megsemmisülni. Mindkét virtuális részecske „valódi” lesz, lehetővé téve, hogy a kiszabaduló részecske energiát és tömeget szállítson a fekete lyukból (a csapdába eső részecske negatív tömegűnek tekinthető, ezáltal csökkentve a fekete lyuk tömegét). Így jósolja Hawking-sugárzás a „párologtató” fekete lyukakat, mivel az esemény horizontján elveszik a tömeg ennek a kvantumnak. Hawking azt jósolja, hogy a fekete lyukak fokozatosan elpárolognak és eltűnnek, plusz ez a hatás lesz a leginkább a kis fekete lyukak és az MBH-k esetében.
Tehát ... vissza a St. Andrews laboratóriumunkba ...
Ulf Leonhardt professzor reméli, hogy lézerimpulzusokkal megteremti a fekete lyuk eseményhorizontjának feltételeit, és valószínűleg létrehozza az első közvetlen kísérletet a Hawking sugárzás tesztelésére. Leonhardt a „kvantumkatasztrófák” szakértője, amely a hullámfizika megszakad, és szingularitást hoz létre. A nemrégiben Londonban tartott „Cosmology Meets Condensed Matter” találkozón a Leonhardt csapata bejelentette módszerét az eseményhorizont környezet egyik kulcskomponensének szimulálására.
A fény különböző sebességgel halad át az anyagokon, a hullám tulajdonságaitól függően. A St. Andrews csoport két lézernyalábot használ, az egyik lassú, egy gyors. Először egy lassan terjedő impulzust engednek le az optikai szálból, amelyet egy gyorsabb impulzus követ. A gyorsabb pulzusnak „fel kell érnie” a lassabb pulzust. Mivel azonban a lassú impulzus áthalad a közegben, ez megváltoztatja a rost optikai tulajdonságait, aminek következtében a gyors impulzus lelassul. Így történik a fény, amikor megpróbál elmenekülni az esemény horizontjáról - annyira lelassul, hogy „csapdába” kerül.
“Elméleti számításokkal megmutatjuk, hogy egy ilyen rendszer képes a horizont, különösen a Hawking sugárzás kvantumhatásainak vizsgálatára.” - A St. Andrews csoport következő tanulmánya alapján.
A két lézerimpulzus egymással szembeni hatása a fizika utánozására egy eseményhorizonton belül furcsának tűnik, ám ez az új tanulmány segíthet nekünk megérteni, ha MBH-k jönnek létre az LHC-kben, és Stephen Hawkingot kissé közelebb tolhatja a megérdemelt Nobel-díjhoz.
Forrás: Telegraph.co.uk
