قد يثبت الثقب الأسود الناشئ في المختبر صحة نظرية ستيفن هوكينج الأكثر تحديًا
ابتكر العلماء نظير ثقب أسود تم تطويره في المختبر لاختبار إحدى أشهر نظريات ستيفن هوكينغ – وهو يتصرف تمامًا كما تنبأ.
أضافت التجربة ، التي تم إنشاؤها باستخدام سلسلة من الذرات أحادية الملف لمحاكاة أفق الحدث للثقب الأسود ، المزيد من الأدلة لنظرية هوكينغ القائلة بأن الثقوب السوداء يجب أن تصدر وهجًا خافتًا من الإشعاع من جزيئات الضوء الافتراضية التي ظهرت عشوائيًا إلى الوجود بالقرب منها. حدود. علاوة على ذلك ، وجد الباحثون أن معظم جسيمات الضوء ، أو الفوتونات ، يجب أن تنتج حول حواف الوحوش الكونية. نشر الفريق النتائج التي توصلوا إليها في 8 نوفمبر في مجلة Physical Review Research.
وفقًا لنظرية المجال الكمومي ، لا يوجد شيء اسمه فراغ فارغ. وبدلاً من ذلك ، يعج الفضاء بالاهتزازات الصغيرة التي ، إذا تم تشربها بما يكفي من الطاقة ، تنفجر عشوائياً في جزيئات افتراضية – أزواج من الجسيمات والجسيمات المضادة التي تقضي على بعضها البعض على الفور تقريبًا ، وتنتج الضوء. في عام 1974 ، تنبأ ستيفن هوكينج بأن قوة الجاذبية الشديدة التي تشعر بها الثقوب السوداء – آفاق الحدث الخاصة بها – سوف تستدعي الفوتونات إلى الوجود بهذه الطريقة. الجاذبية ، وفقًا لنظرية أينشتاين للنسبية العامة ، تشوه الزمكان ، بحيث تصبح الحقول الكمومية أكثر تشوهًا كلما اقتربت من الجاذبية الهائلة لتفرّد الثقب الأسود.
بسبب عدم اليقين والغرابة في ميكانيكا الكم ، فإن هذا الالتواء يخلق جيوبًا غير متساوية من الزمن المتحرك بشكل مختلف والارتفاعات اللاحقة للطاقة عبر المجال. إن عدم تطابق الطاقة هو الذي يجعل الجسيمات الافتراضية تظهر مما يبدو أنه لا شيء على أطراف الثقوب السوداء ، قبل أن تفني نفسها لإنتاج وهج خافت يسمى إشعاع هوكينغ.
متعلق ب: هل الثقوب السوداء ثقوب دودية؟
يهتم الفيزيائيون بتنبؤ هوكينج لأنه مصنوع في أقصى حدود نظريتين فيزيائيتين كبيرتين ولكن لا يمكن التوفيق بينهما حاليًا: نظرية أينشتاين للنسبية العامة ، التي تصف عالم الأجسام الكبيرة ، وميكانيكا الكم ، التي توضح بالتفصيل السلوك الغريب لأصغرها. حبيبات.
لكن الكشف عن الضوء المفترض مباشرة هو أمر لا يرجح أن ينجزه علماء الفيزياء الفلكية على الإطلاق. أولاً ، هناك تحديات كبيرة تُفرض من خلال السفر إلى ثقب أسود – أقربها معروف هو 1566 سنة ضوئية من الأرض – وبمجرد الوصول إلى هناك ، لا يتم امتصاصه والتشويش بسبب جاذبيته الهائلة. ثانيًا ، يُعتقد أن عدد فوتونات هوكينج التي تظهر حول الثقوب السوداء ضئيل. وفي معظم الحالات ستغرق بسبب تأثيرات أخرى منتجة للضوء ، مثل الأشعة السينية عالية الطاقة المنبعثة من المادة التي تدور حول حافة الثقب الأسود.
في غياب ثقب أسود حقيقي ، بدأ الفيزيائيون في البحث عن إشعاع هوكينغ في تجارب تحاكي ظروفهم القاسية. في عام 2021 ، استخدم العلماء صفًا أحادي البعد من 8000 ذرة فائقة التبريد ومحصورة بالليزر لعنصر الروبيديوم ، وهو معدن ناعم ، لإنشاء جسيمات افتراضية على شكل إثارة تشبه الموجة على طول السلسلة.
الآن ، حققت تجربة سلسلة ذرية أخرى إنجازًا مشابهًا ، هذه المرة عن طريق ضبط السهولة التي يمكن للإلكترونات أن تقفز بها من ذرة إلى أخرى في السطر ، مما يخلق نسخة تركيبية من أفق الحدث الزمكان للثقب الأسود. بعد ضبط هذه السلسلة بحيث يسقط جزء منها فوق أفق الحدث المحاكي ، سجل الباحثون ارتفاعًا في درجة الحرارة في السلسلة – وهي نتيجة تحاكي الأشعة تحت الحمراء الناتجة حول الثقوب السوداء. تشير النتائج إلى أن إشعاع هوكينغ يمكن أن يظهر نتيجة للتشابك الكمي بين الجسيمات الموضوعة على جانبي أفق الحدث.
ومن المثير للاهتمام ، أن التأثير لم يظهر إلا عندما انتقل اتساع القفزات من مجموعة قليلة من التكوينات المحددة للزمكان المسطح إلى التكوينات المشوهة – مما يشير إلى أن إشعاع هوكينغ يتطلب تغييرًا في تكوينات الطاقة المحددة للزمكان المراد إنتاجه. نظرًا لعدم وجود تشوهات الجاذبية القوية الناتجة عن الثقب الأسود في النموذج ، فإن ما يعنيه هذا بالنسبة لنظرية الجاذبية الكمومية ولإشعاع هوكينغ الحقيقي المحتمل إنتاجه طبيعيًا غير واضح ، لكنه مع ذلك يقدم لمحة محيرة عن فيزياء غير مستكشفة سابقًا.
