Dr. Stephen Hawking iznio je uznemirujuću teoriju 1974. godine da je crna rupa ispala. Sada, 40 godina kasnije, istraživač je najavio stvaranje simulacije Hawkingova zračenja u laboratorijskim uvjetima.
Mogućnost crne rupe stigla je iz Einsteinove teorije opće relativnosti. Karl Schwarzchild 1916. godine prvi je shvatio mogućnost gravitacijske singularnosti s granicom koja je okružuje oko koje svjetlost ili materija ne mogu pobjeći.
Ovog je mjeseca Jeff Steinhauer s Tehničko-tehnološkog instituta u svom radu opisao "Promatranje samo pojačavajućeg Hawking zračenja u analognom laseru s crnom rupom" u časopisu Nature, kako je stvorio analogni horizont događaja koristeći supstancu ohlađena na gotovo apsolutnu nulu i pomoću lasera mogla je otkriti emisiju Hawkingova zračenja. Je li ovo mogao biti prvi valjani dokaz postojanja Hawkingove radijacije i posljedično zapečatiti sudbinu svih crnih rupa?
Ovo nije prvi pokušaj stvaranja Hawkingovog analoga zračenja u laboratoriju. U 2010. stvoren je analog analognog stakla, lasera, ogledala i detektora ohlađenog (Phys. Rev. Letter, rujan 2010); bez dima prati ogledala. Ultra kratki impuls intenzivne laserske svjetlosti koji prolazi kroz staklo inducirao je indeks prelamanja (RIP) koji je funkcionirao kao horizont događaja. Vidjelo se svjetlo iz RIP-a. Ipak, rezultati F. Belgiorno i sur. ostaju kontroverzni. Još je jamstva za još eksperimenata.
Posljednji pokušaj umnožavanja Hawkingove radijacije od strane Steinhauera uzima više visokotehnološki pristup. Stvara Bose-Einsteinov kondenzat, egzotično stanje materije pri vrlo blizu apsolutne nulte temperature. Granice stvorene unutar kondenzata funkcionirale su kao horizont događaja. No, prije nego što uđemo u daljnje detalje, učinimo korak naprijed i razmotrimo što Steinhauer i ostali pokušavaju replicirati.
Recept za izradu Hawking zračenja započinje crnom rupom. Crna rupa bilo koje veličine. Hawkingova teorija kaže da će se manje crne rupe brže zračiti od većih i u slučaju da u njih padne materija - nakupina, „ispariti“ će mnogo brže. Ogromne crne rupe mogu potrajati duže od milijun puta od današnjeg doba svemira da bi isparile Hawking zračenjem. Poput gume s sporim curenjem, većina crnih rupa odvela bi vas do najbliže stanice za popravak.
Dakle, imate crnu rupu. Ima horizont događaja. Ovaj je horizont poznat i kao Schwarzchildov polumjer; provjera svjetla ili materije u horizont događaja nikad se ne može provjeriti. Ili je to bilo prihvaćeno razumijevanje dok ga teorija dr. Hawkinga nije podržala. A izvan horizonta događaja je običan prostor s nekim upozorenjima; razmislite o tome kako su dodani neki začini. Na horizontu događaja sila gravitacije iz crne rupe je toliko ekstremna da inducira i povećava kvantne efekte.
Sav prostor - unutar nas i koji nas okružuje do krajeva Univerzuma, uključuje kvantni vakuum. Svugdje u svemirskom kvantnom vakuumu parovi virtualnih čestica se pojavljuju i nestaju; odmah uništavajući jedni druge na izuzetno kratkim skalama. S ekstremnim uvjetima na horizontu događaja, virtualni se parovi i čestice poput čestica, kao što su elektron i pozitroni, materijaliziraju. Oni koji se pojavljuju dovoljno blizu horizonta događaja mogu imati jednu ili drugu virtualnu česticu zarobljene gravitacijom crnih rupa, ostavljajući samo jednu česticu koja je, prema tome, sada slobodna dodati zračenje koje proizlazi iz crne rupe; zračenje koje je u cjelini ono što astronomi mogu upotrijebiti za otkrivanje prisutnosti crne rupe, ali ne i izravno promatranje. To je onaj Rasparivanje virtualnih čestica crnom rupom na njenom horizontu događaja što uzrokuje Hawkingovo zračenje koje samo po sebi predstavlja neto gubitak mase iz crne rupe.
Pa zašto astronomi ne traže u svemiru Hawkingovo zračenje? Problem je u tome što je zračenje vrlo slabo i preplavljeno je zračenjem proizvedenim od mnogih drugih fizičkih procesa koji okružuju crnu rupu s diskom za izbacivanje. Zračenje je ugušeno snagom energetskih procesa. Dakle, najneposrednija mogućnost je umnožavanje Hawkingova zračenja pomoću analoga. Iako je Hawkingovo zračenje slabo u usporedbi s masom i energijom crne rupe, zračenje je uglavnom cijelo vrijeme u Svemiru otklonilo svoje matično tijelo.
Ovo je mjesto gdje je konvergencija rastućeg razumijevanja crnih rupa dovela do seminarskog rada dr. Hawkinga. Teoretičari, uključujući Hawkinga, shvatili su da se, unatoč kvantnoj i gravitacijskoj teoriji koja je nužna za opisivanje crne rupe, i crne rupe ponašaju poput crnih tijela. Njima upravlja termodinamika i robovi su entropiji. Proizvodnja Hawking zračenja može se okarakterizirati kao termodinamički proces i to nas vraća eksperimentalistima. Za ponavljanje emisije ove vrste zračenja mogu se upotrijebiti drugi termodinamički procesi.
Koristeći Bose-Einsteinov kondenzat u posudi, Steinhauer je usmjerio laserske zrake u osjetljivi kondenzat za stvaranje horizonta događaja. Nadalje, njegov eksperiment stvara zvučne valove koji postaju zarobljeni između dvije granice koje definiraju horizont događaja. Steinhauer je otkrio da su zvučni valovi na njegovom analognom horizontu događaja pojačani kao što se događa u svjetlu u zajedničkoj laserskoj šupljini, ali isto kao što je predviđala teorija dr. Hawkinga o crnim rupama. Svjetlo bježi od lasera prisutnog na horizontu analognih događaja. Steinhauer objašnjava da ovo bježeće svjetlo predstavlja dugo traženo Hawkingovo zračenje.
Objava ovog rada u Natureu prošla je znatnu recenziju koju treba prihvatiti, ali samo po sebi ne potvrđuje njegove nalaze. Steinhauerov rad sada će izdržati još veći nadzor. Drugi će pokušati umnožiti njegovo djelo. Njegova je laboratorija analogna i tek treba potvrditi da ono što promatra zaista predstavlja Hawkingovo zračenje.
Reference:
„Promatranje samo pojačavajućeg Hawking zračenja u analognom crnom rupu lasera“, Nature Physics, 12. listopada 2014.
"Hawkingovo zračenje iz ultrasjetnih laserskih pulsnih filamenata", F. Belgiorno, i dr., Phys. Pismo, rujan 2010
"Eksplozije u crnoj rupi?", S. W. Hawking i sur., Priroda, 01. ožujka 1974
"Kvantna mehanika crnih rupa", S. Hawking, Scientific American, siječanj 1977
