نتایج جالب از ساخت سیاه چاله در آزمایشگاه

دانشمندان بالاخره توانستند باموفقیت یک سیاه چاله را در آزمایشگاه ایجاد کنند. در طی این آزمایش فیزیکدانان به نتایج جالبی در مورد تابش هاوکینگ رسیدند که می‌تواند به معمای چندین ساله آنان پاسخ دهد.

به گزارش گجت نیوز، این آزمایش مربوط به سال ۲۰۲۲ بوده که در آن تیمی از محققان با استفاده از زنجیره‌ای از اتم‌ها در یک فایل برای شبیه سازی افق رویداد یک سیاه‌چاله توانستند تابش هاوکینگ مشهور را مشاهده کنند. تابش هاوکنیگ مربوط به ساطع شدن ذراتی از داخل سیاه چاله بوده که در اثر نوسانات و اختلالات کوانتومی رخ می‌دهد. البته شایان ذکر است که این نوسانات به دنبال شکسته شدن سطوح فضازمان در سیاه چاله اتفاق می‌افتند.

سالهاست که مسئله‌ای در فیزیک، فکر همه متخصصان را به خود مشغول کرده و علیرغم تلاش‌های چندین دهه بازهم نتوانستند به پاسخ مشترکی برسند. این موضوع مربوط به آشتی بین نظریه نسبیت عام اینیشتین و مکانیک کوانتومی است که اگر بتوانیم مفاهیم این دو را هم در عمل و هم در تئوری باهم ترکیب کنیم، می‌توان به نظریه همه چیز رسید.

نظریه نسبیت عام رفتار گرانش را به‌عنوان یک میدان پیوسته در فضازمان بررسی کرده و تمامی موضوعات ارائه شده در این تئوری، درست بوده و کاملا اثبات شده هستند. از طرفی دیگر مکانیک کوانتومی برخلاف نسبیت عام، رفتار ذرات گسسته را با استفاده از ریاضیات احتمالی توصیف می‌کند. به‌عبارتی دیگر مفاهیم نظریه نسبیت عام بیشتر در ابعاد ماکروسکوپیک صادق بوده و مکانیک کوانتومی هم بیشتر با ابعاد میکروسکوپیک سروکار دارد.

برای دستیابی به نظریه همه چیز راهی جز ترکیب این دو نظریه مشهور وجود ندارد و اینجاست که سیاه چاله‌ها وارد میدان می‌شوند؛ چراکه سیاه‌چاله‌ها با ابعاد حیرت‌آور خود هم می‌توانند در مفاهیم نسبیت عام و هم با رخداد‌های کوانتومی در تنیدگی خود می‌توانند در مفاهیم مکانیک کوانتومی نیز مورد بررسی قرار بگیرند. در واقع از گذشته هم پیش بینی می‌کردند که به احتمال بسیار پاسخ نظریه همه چیز در سیاه چاله‌ها نهفته باشد.

سیاه‌چاله‌ها و روابط آن‌ها با تابش هاوکینگ

سیاه‌چاله‌ها اجرام کیهانی عظیمی هستند که با چگالی سربه‌فلک کشیده خود با هیچ سرعتی حتی سرعت نور نیز نمی‌توان از آن خارج شد؛ به‌همین دلیل است که هیچ اطلاعاتی از داخل آن نداریم و همواره در حاله‌ای از ابهام برایمان قرار داشته است.

مرز سیاه‌چاله بسته به جرم آن تغییر می‌کند و به فاصله‌ای گفته می‌شود که با عبور از آن دیگر راه بازگشتی وجود ندارد. به این مرز که افق رویداد می‌گویند، طبق پیشنهاد استیون هاوکینگ در سال ۱۹۷۴، اختلالات رخ داده در نوسانات کوانتومی افق رویداد می‌تواند منجر به نوعی تابش بسیار شبیه به تابش گرمایی شود.

قدرت امواج این تشعشات به‌قدری کم است که فیزیکدانان نتوانستند آن‌ها را به‌صورت مستقیم تشخیص دهند، اما در حال حاضر موفق شدند با ساخت سیاه چاله در آزمایشگاه به بررسی افق رویداد آن پرداخته و به نتایج جالبی در مورد تابش هاوکینگ برسند.

در این آزمایش‌ها محققان با ایجاد زنجیره یک بعدی از اتم‌ها مسیری را برای ایجاد پرش الکترون‌ها از یک موقعیت به موقعیت دیگر ایجاد کردند. با تنظیم آسان این پرش فیزیکدانان می‌توانند با از بین بردن برخی خواص خاص، به‌طور موثر نوعی افق رویداد ایجاد کنند که با ماهیت موج مانند الکترون‌ها تداخل داشته باشد.

درهم تنیدگی ذرات، موثر در تشعشات هاوکینگ

به گفته محققان این تیم، اثر این افق رویداد جعلی باعث افزایش دما شده که با انتظارات نظری از یک سیستم سیاه‌چاله معادل مطابقت داشت؛ اما این اتفاق تنها زمانی رخ داد که بخشی از زنجیره الکترون‌ها فراتر از افق رویداد گسترش یافته بود. این می‌تواند چنین نتیجه‌ای را نشان دهد که درهم تنیدگی ذراتی قرار یافته در افق رویداد، در تولید تشعشعات هاوکینگ مؤثر هستند.

آزمایشان نشان دادند که تابش هاوکینگ ممکن است فقط در محدوده‌ای از موقعیت‌ها و زمانی که تغییری در پیچ و تاب فضازمان به دلیل گرانش وجود دارد، به حالت گرمایی ساطع می‌شود. تاکنون مشخص نشده این مورد برای گرانش کوانتومی چه معنایی می‌تواند داشته باشد، اما توانسته مسیری را برای مطالعه عمیق‌تر تابش هاوکینگ ایجاد کند تا بتوانیم به تاثیر حالت‌های دینامیکی سیاه‌چاله بر روی آن برسیم.

محققان این مطالعه در مقاله خود نوشتند:

این می‌تواند فضایی را برای کاوش جنبه‌های مکانیکی کوانتومی بنیادی در کنار گرانش و فضازمان‌های منحنی در حالت‌های مختلف ماده متراکم در اختیار قرار دهد.