Dr. Stephen Hawking 1974-ben zavaró elméletet nyújtott be, amely szerint a fekete lyukak elpárologtak. Most, 40 évvel később, egy kutató bejelentette Hawking-sugárzás szimulációjának létrehozását laboratóriumi környezetben.
A fekete lyuk lehetősége Einstein általános relativitáselméletéből származik. Karl Schwarzchild 1916-ban volt az első, aki felfedezte annak a gravitációs szingularitásnak a lehetőségét, hogy egy körülvevő határ olyan, amelyen a fény vagy az anyag nem léphet be.
Jeff Steinhauer, a Technion - Izrael Technológiai Intézet, ebben a hónapban a Nature folyóiratának „Az önerősítő Hawking sugárzás megfigyelése egy analóg fekete lyukú lézerben” című cikkében írja, hogyan hozott létre analóg eseményhorizontot egy anyag felhasználásával Az abszolút nullához lehűtött és lézerekkel kimutatta a Hawking sugárzás kibocsátását. Lehet, hogy ez az első érvényes bizonyíték a Hawking-sugárzás létezésére, és következésképpen lezárhatja az összes fekete lyuk sorsát?
Ez nem az első kísérlet egy Hawking sugárzási analóg létrehozására laboratóriumban. 2010-ben analógot készítettek üvegből, lézerből, tükrökből és hűtött detektorból (Phys. Rev. Letter, 2010. szeptember); füst nem kísérte a tükröket. Az üvegen áthaladó rendkívül rövid intenzív lézerfény impulzus-refluxálást (RIP) váltott ki, amely eseményhorizontként működött. Látható volt, hogy a RIP fényt bocsát ki. Ennek ellenére F. Belgiorno et al. továbbra is ellentmondásosak. További kísérletek továbbra is indokoltak voltak.
Steinhauer legutóbbi kísérlete a Hawking sugárzás lemásolására egy csúcstechnológiát ölt. Bose-Einstein kondenzátumot hoz létre, egzotikus anyagállapotot nagyon közel az abszolút nulla hőmérsékleten. A kondenzátumban kialakított határok eseményhorizontként működtek. Mielőtt azonban további részletekbe mennénk, tegyünk egy lépést hátra, és mérlegeljük azt, amit Steinhauer és mások megpróbálnak megismételni.
A Hawking sugárzás előállításának receptje egy fekete lyukkal kezdődik. Bármilyen méretű fekete lyuk meg fog tenni. Hawking elmélete kijelenti, hogy a kisebb fekete lyukak gyorsabban sugároznak, mint a nagyobbik, és ha az anyag nem esik bele - az akkriszció sokkal gyorsabban elpárolog. Az óriás fekete lyukak az univerzum jelenlegi korszakának egymilliószor hosszabb ideig tarthatnak, hogy Hawking sugárzás útján elpárologjanak. Mint egy lassú szivárgású gumiabroncs, a legtöbb fekete lyuk a legközelebbi javítóállomáshoz vezet.
Tehát van egy fekete lyuk. Eseményhorizontja van. Ezt a horizontot Schwarzchild sugárnak is nevezik; a fény vagy az anyag ellenőrzése az eseményhorizonton soha nem lehetséges. Vagy így volt ez az elfogadott megértés mindaddig, amíg Dr. Hawking elmélete fel nem állította azt. És az eseményhorizonton kívül egy közönséges tér, néhány figyelmeztetéssel; fontolja meg néhány fűszer hozzáadásával. Az eseményhorizonton a fekete lyukból származó gravitációs erő annyira extrém, hogy indukálja és nagyítja a kvantumhatásokat.
Az egész tér - bennünk és a Világegyetem végéig körülvevő - kvantum vákuumot tartalmaz. Az űr kvantumvákuumában bárhol megjelennek és eltűnnek a virtuális részecskepárok; azonnal megsemmisítik egymást rendkívül rövid időn belül. Az eseményhorizont szélsőséges körülményei között a virtuális részecske- és anti-részecskepárok, mint például egy elektron és pozitron, megvalósulnak. Azoknál, amelyek elég közel vannak az eseményhorizonthoz, az egyik vagy a másik virtuális részecske felgyorsulhat a fekete lyukak gravitációja révén, csak egy részecskét hagyva, amely így szabadon hozzáadható a fekete lyuk körüli sugárzáshoz; a sugárzás, amelyet az egész csillagászok felhasználhat a fekete lyuk jelenlétének észlelésére, de nem közvetlenül annak megfigyelésére. Ez a párosításának megszüntetése Virtuális részecskék mennyisége a fekete lyuk mellett annak eseményhorizontján, amely a Hawking sugárzást okozza, amely önmagában a fekete lyuk nettó tömegveszteségét jelenti.
Akkor miért nem keresik a csillagászok csak az űrben a Hawking sugárzást? A probléma az, hogy a sugárzás nagyon gyenge, és elárasztja a fekete lyukot körülvevő sok más fizikai folyamat által előidézett sugárzás egy akkumulációs tárcsával. A sugárzást az energetikai folyamatok kórusa fojtja el. Tehát a legközvetlenebb lehetőség a Hawking sugárzás replikálása analóg segítségével. Noha a Hawking sugárzás gyenge a fekete lyuk tömegéhez és energiájához képest, a sugárzásnak lényegében minden alkalommal az univerzumban el kell távolulnia a szülő testén.
A fekete lyukak növekvő megértésének konvergenciája vezette Dr. Hawking alapvető munkáját. A teológusok, köztük Hawking rájött, hogy annak ellenére, hogy a kvantum és a gravitációs elmélet szükséges a fekete lyuk leírásához, a fekete lyukak ugyanúgy viselkednek, mint a fekete testek. Termodinamika szabályozza őket és entrópiának rabszolgái. A Hawking sugárzás előállítása termodinamikai folyamatnak tekinthető, és ez vezet vissza minket a kísérletezőkhöz. Más termodinamikai folyamatok is alkalmazhatók az ilyen típusú sugárzás kibocsátásának megismétlésére.
A Bose-Einstein kondenzátum felhasználásával egy edényben Steinhauer lézersugarakat irányított a finom kondenzátumba, hogy létrejöjjön egy eseményhorizont. Ezenkívül kísérlete hanghullámokat hoz létre, amelyek csapdába esnek az esemény horizontját meghatározó két határ között. Steinhauer úgy találta, hogy az analóg eseményhorizontján a hanghullámok felerősödtek, mint a fény a közös lézerüregben, de ahogyan azt Dr. Hawking fekete lyukak elmélete is megjósolta. A fény távozik az analóg eseményhorizonton lévõ lézerbõl. Steinhauer elmondja, hogy ez a menekülő fény a régóta keresett Hawking sugárzást képviseli.
Ennek a természetnek a közzététele jelentős szakértői értékelésen ment keresztül, amelyet el kellett fogadni, de önmagában ez nem igazolja eredményeit. Steinhauer munkája most még nagyobb ellenőrzést fog ellenállni. Mások megkísérlik megismételni a munkáját. Laboratóriumi felépítése analóg, és még ellenőrizni kell, hogy az, amit megfigyel, valóban Hawking sugárzást képviseli.
Irodalom:
„Az önerősítő Hawking sugárzás megfigyelése analóg fekete lyukú lézerben”, Természetfizika, 2014. október 12.
„Hawking sugárzás ultrarövid lézeres impulzusszálakból”, F. Belgiorno és munkatársai, Phys. Levél, 2010. szeptember
„Fekete lyukú robbanások?”, S. W. Hawking és társai, Nature, 1974. március 1.
„A fekete lyukak kvantummechanikája”, S. Hawking, az amerikai tudományos munkatárs, 1977. január
