Stephen Hawking, 1974'te karadeliklerin buharlaştığını iddia eden rahatsız edici bir teori sundu. Şimdi, 40 yıl sonra, bir araştırmacı laboratuvar ortamında Hawking radyasyonunun bir simülasyonunun yaratıldığını duyurdu.
Kara delik olasılığı Einstein’ın Genel Görelilik teorisinden geldi. 1916'da Karl Schwarzchild, onu çevreleyen bir ışık ve maddenin giremeyeceği bir sınırla yerçekimsel tekillik olasılığını ilk fark eden kişiydi.
Bu ay Technion - İsrail Teknoloji Enstitüsü'nden Jeff Steinhauer, Nature dergisinde “bir analog kara delik lazerinde kendini güçlendiren Hawking radyasyonunun gözlemlenmesi” başlıklı makalesinde, bir madde kullanarak nasıl bir analog olay ufku yarattığını anlatıyor. mutlak sıfıra yakın soğutuldu ve lazerlerin kullanılması Hawking radyasyonunun emisyonunu tespit edebildi. Bu, Hawking radyasyonunun varlığının ilk geçerli kanıtı olabilir ve sonuç olarak tüm kara deliklerin kaderini mühürleyebilir mi?
Bu, bir laboratuvarda Hawking radyasyon analogu oluşturmaya yönelik ilk girişim değildir. 2010 yılında, bir cam blok, bir lazer, aynalar ve soğutulmuş bir dedektörden bir analog oluşturuldu (Phys. Rev. Letter, Eylül 2010); aynalara duman eşlik etmedi. Camdan geçen yoğun lazer ışığının ultra kısa darbesi, bir olay ufku olarak işlev gören kırılma indeksi pertürbasyonunu (RIP) indükledi. RIP'den ışık yandığı görüldü. Bununla birlikte, F. Belgiorno ve ark. tartışmalı kalmak. Daha fazla deney yapılması gerekiyordu.
Hawking radyasyonunu Steinhauer tarafından kopyalamak için yapılan son girişim daha yüksek teknoloji yaklaşımını gerektiriyor. Mutlak sıfır sıcaklığa çok yakın, egzotik bir madde hali olan Bose-Einstein kondensini yaratır. Yoğuşma suyu içinde oluşturulan sınırlar bir olay ufku olarak işlev gördü. Ancak, daha fazla ayrıntıya girmeden önce, bir adım geriye gidelim ve Steinhauer ve diğerlerinin neyi kopyalamaya çalıştıklarını düşünelim.
Hawking radyasyonu yapma tarifi bir kara delik ile başlar. Herhangi bir boyut kara delik yapacak. Hawking’in teorisi, daha küçük kara deliklerin daha büyük olanlardan daha hızlı yayılacağını ve içine düşen maddenin yokluğunda - birikme, çok daha hızlı “buharlaşacağını” belirtir. Dev kara delikler, Evrenin şimdiki yaşının Hawking radyasyonuyla buharlaşması için bir milyondan daha uzun sürebilir. Yavaş sızıntılı bir lastik gibi, çoğu kara delik sizi en yakın onarım istasyonuna götürür.
Yani bir kara deliğin var. Bir olay ufku var. Bu ufuk Schwarzchild yarıçapı olarak da bilinir; olay ufkuna ışık veya madde kontrolü asla kontrol edemez. Ya da bu, Dr. Hawking’in teorisi onu değiştirene kadar kabul edilen anlayıştı. Ve olay ufkunun dışında bazı uyarılarla sıradan bir alan var; bazı baharatlar eklenmiş olarak düşünün. Olay ufkunda, kara delikten yerçekimi kuvveti o kadar aşırıdır ki kuantum etkilerini indükler ve büyütür.
Tüm alan - içimizde ve bizi Evrenin uçlarına çevreleyen bir kuantum vakum içerir. Uzayın kuantum boşluğunun her yerinde sanal parçacık çiftleri ortaya çıkıyor ve yok oluyor; derhal birbirlerini son derece kısa zaman ölçeklerinde yok eder. Olay ufkundaki aşırı koşullar ile, bir elektron ve pozitron gibi sanal parçacık ve anti-parçacık çiftleri gerçekleşir. Bir olay ufkuna yeterince yakın görünenler, kara deliklerin yerçekimi tarafından bir veya diğer sanal parçacığa sahip olabilirler ve sonuç olarak artık kara deliğin etrafından yayılan radyasyona eklenmesi serbesttir; bir bütün olarak gökbilimcilerin bir kara deliğin varlığını tespit etmek için kullanabildikleri, ancak doğrudan gözlemlemedikleri radyasyon. O eşleşmeyi bozma olay ufkunda kara delikten sanal parçacıkların kendi başına kara delikten net bir kütle kaybını temsil eden Hawking radyasyonuna neden olması.
Öyleyse neden gökbilimciler Hawking radyasyonu için uzayda arama yapmıyorlar? Sorun, radyasyonun çok zayıf olması ve bir deliği çevreleyen kara deliği çevreleyen diğer birçok fiziksel işlem tarafından üretilen radyasyon tarafından boğulmuş olmasıdır. Radyasyon enerjik süreçlerin korosu tarafından boğulur. Dolayısıyla en acil olasılık Hawking radyasyonunu bir analog kullanarak çoğaltmaktır. Hawking radyasyonu bir karadeliğin kütlesine ve enerjisine kıyasla zayıf olsa da, radyasyon esasen evrende ana bedenini parçalamak için her zaman vardır.
Kara deliklerin artan anlayışının yakınlaşması Dr. Hawking’in seminal çalışmasına yol açtı. Hawking de dahil olmak üzere teorisyenler, bir kara deliği tanımlamak için gerekli olan Kuantum ve Yerçekimi teorisine rağmen, kara deliklerin de kara cisimler gibi davrandığını fark ettiler. Termodinamik tarafından yönetilirler ve entropinin köleleridir. Hawking radyasyonunun üretimi termodinamik bir süreç olarak karakterize edilebilir ve bu da bizi deneycilere geri götürür. Bu tip radyasyonun emisyonunu çoğaltmak için başka termodinamik işlemler kullanılabilir.
Bir kapta Bose-Einstein kondensini kullanan Steinhauer, bir olay ufku oluşturmak için lazer ışınlarını hassas kondensata yönlendirdi. Dahası, deneyi olay ufkunu tanımlayan iki sınır arasında sıkışan ses dalgaları yaratır. Steinhauer, analog olay ufkundaki ses dalgalarının, ortak bir lazer boşluğunda ışığa çıktığı gibi, aynı zamanda Dr. Hawking’in kara delikler teorisinin de öngördüğü gibi yükseltildiğini buldu. Analog olay ufkunda bulunan lazerden ışık kaçar. Steinhauer, bu kaçan ışığın uzun zamandır aranan Hawking radyasyonunu temsil ettiğini açıklıyor.
Bu çalışmanın Nature'da yayınlanması, kabul edilmesi için önemli bir hakem değerlendirmesine tabi tutuldu, ancak bu sadece bulgularını doğrulamıyor. Steinhauer’in çalışmaları artık daha fazla incelemeye dayanacak. Diğerleri çalışmalarını kopyalamaya çalışacak. Laboratuar düzeni bir analogdur ve gözlemlediği şeyin gerçekten Hawking radyasyonunu temsil ettiği doğrulanmalıdır.
Referanslar:
“Analog bir kara delik lazerinde kendini güçlendiren Hawking radyasyonunun gözlemlenmesi”, Nature Physics, 12 Ekim 2014
“Ultrashort Lazer Nabız Filamentlerinden Hawking Radyasyonu”, F. Belgiorno ve diğerleri, Phys. Mektup, Eylül 2010
“Kara delik patlamaları?”, S.W. Hawking ve diğerleri, Nature, 01 Mart 1974
“Kara Deliklerin Kuantum Mekaniği”, S. Hawking, Scientific American, Ocak 1977
