NaukaNews

Czarne dziury zachowują się tak jak przewidział Hawking. Czy jest się czego bać?

-

4 min czytania

Naukowcy z Instytutu Technion w Izraelu stworzyli sztuczną czarną dziurę. To, co odkryli, zaskoczyło nawet ich, bo potwierdziło teorie Stephena Hawkinga.

Jeszcze w latach 70. Stephen Hawking teoretyzował na temat tych niesamowitych kosmicznych obszarów czasoprzestrzeni. Już prawie pięćdziesiąt lat temu uznał, że te olbrzymy nie są tak czarne, jak jego koledzy uważali, bo sporadycznie mogą emitować światło. Teraz ten fenomen nazywany jest promieniowaniem Hawkinga.

Prawda jest taka, że astronomowie nie koniecznie będą w stanie ujrzeć to promieniowanie, bo jest ono bardzo ciemne. Na ratunek przychodzi sztuczne stworzenie czarnej dziury. W warunkach laboratoryjnych będzie to łatwiejsze do zbadania.

Jak wspomniane zostało na początku, naukowcy z Instytutu Technion z Izraela niedawno stworzyli sztuczną czarną dziurę. Właściwie stworzyli jej analog składający się z kilku tysięcy atomów. Wykonując ten eksperyment, naukowcy chcieli potwierdzić dwie teorie przedstawione przez Hawkinga. Promieniowanie powstaje z niczego i że nie zmienia intensywności w czasie, co oznacza, że ​​jest stacjonarne.

Czarna dziura ma promieniować jak czarne ciało, które jest zasadniczo ciepłym obiektem emitującym stałe promieniowanie podczerwone. Hawking zasugerował, że czarne dziury są jak zwykłe gwiazdy, które nieustannie emitują pewien rodzaj promieniowania. To właśnie chcieliśmy potwierdzić w naszym badaniu i to zrobiliśmy.

Tymi słowami podsumował wyniki badania, Jeff Steinhauer, współautor pracy.

Dlaczego jest to ważne? Ponieważ grawitacja czarnej dziury jest tak ogromna, że żadna cząsteczka, nawet światła, nie jest w stanie z niej uciec. Jak się przekroczy horyzont zdarzeń, to już na stałe wpada się w wir grawitacyjny i, aby z niego wyjść, trzeba byłoby złamać prawa fizyki i poruszać się szybciej od światła.

Hawking udowodnił, że nawet jeżeli nie da się uciec z grawitacji, to na obrzeżach czarnych dziur emitowane są tak zwane cząsteczki wirtualne.

Całość wyjaśnia heisenbergowska zasada niepewności. W tym wypadku nawet w absolutnej próżni pojawiają się duże ilości wirtualnych cząsteczek, które pojawiają się i znikają. Ze względu na przeciwne energie w tych cząsteczkach anihilują się one natychmiast. Hawking zasugerował, że podczas tych zderzeń pojedyncze pary fotonów mogą się uwalniać. Jedną część przejmie grawitacja czarnej dziury, druga powędruje w przestrzeń kosmiczną.

Teoria Hawkinga była rewolucyjna, ponieważ połączył fizykę kwantowej teorii pola z ogólną teorią względności. Wciąż pomaga ludziom szukać nowych praw fizyki poprzez badanie połączenia tych dwóch teorii na fizycznym przykładzie. Ludzie chcieliby zweryfikować to promieniowanie kwantowe, ale jest to bardzo trudne w przypadku prawdziwej czarnej dziury, ponieważ promieniowanie Hawkinga jest tak słabe w porównaniu z promieniowaniem tła kosmosu.

Steinhauer w ten sposób wyjaśnił w wywiadzie dla Livescience, dlaczego zdecydowali się wraz z kolegami stworzyć mniejszą i “bezpieczniejszą” czarną dziurę w warunkach laboratoryjnych.

Czarna dziura metodą chałupniczą

Oczywiście przesadzam, jeśli chodzi o metodę chałupniczą, faktem jest, że naukowcy wykorzystali do stworzenia czarnej dziury gaz z rubidu. Dokładniej około  8 tys. atomów  tego gazu schłodzili do absolutnego zera, po czym utrzymali w miejscu za pomocą lasera. Proste.

Dzięki tym zabiegom stworzyli twór, który nazywa się kondensatem Bose-Einsteina, a działa to tak, że kilka tysięcy atomów funkcjonuje, jak jeden. Wtedy naukowcy za pomocą drugiej wiązki laserowej stworzyli uskok potencjalnej energii. Dzięki temu gaz zachowywał się jak wodospad, którego część poruszała się szybciej od dźwięku, a druga wolniej. W tym eksperymencie, zamiast cząsteczek światła naukowcy poszukiwali fononów, czyli kwantowych fal dźwiękowych.

Eksperyment miał wykazać, że taka para fononów zachowuje się zgodnie z teorią Hawkinga. Jeden fonon powinien podróżować pod prąd, a jego para z prądem. Jak już to ustalili, to musieli znaleźć korelację z promieniowaniem Hawkinga. Proces był nietypowy, bo za każdym razem, kiedy robiono zdjęcie, temperatura niszczyła badanie. Eksperyment przeprowadzono 97 tys. razy w ciągu 124 dni, aby znaleźć korelację.

Na koniec udało się potwierdzić teorie Hawkinga, że promieniowanie jest stacjonarne. To, co naukowiec powiedział prawie 50 lat temu, teraz znalazło potwierdzenie.

Czytaj też: O krok od tragedii. Tym razem Ziemi się udało

 

Marcin Krzemień
Marcin Krzemień — kolekcjoner, fascynat gier Indie i niszowych systemów RPG. Pasjonuje się podbojem kosmosu. Prowadzi cykle: Blast from the Past, IndieDev, Supervillain Origins i inne. Znaleźć możecie go na Twitchu jako Redaktor_Krzemien.

    Mogą Ci się spodobać

    Więcej w kategorii Nauka