Fizycy symulowali czarną dziurę w laboratorium, a potem zaczęła ona świecić: ScienceAlert

Odpowiednik czarnej dziury mógłby nam powiedzieć co nieco o nieuchwytnym promieniowaniu teoretycznie emitowanym przez rzeczywistość.

Wykorzystując ciąg atomów w pojedynczej cewce do symulacji horyzontu zdarzeń czarnej dziury, zespół fizyków w 2022 roku zaobserwował odpowiednik tego, co nazywamy promieniowaniem Hawkinga – cząstki powstające w wyniku zaburzeń fluktuacji kwantowych spowodowanych penetracją czarnej dziury. Czas wolny.

Mówią, że mogłoby to pomóc w rozwiązaniu napięcia między dwoma obecnie nie dającymi się pogodzić ramami opisu wszechświata: ogólną teorią względności, która opisuje zachowanie grawitacji jako ciągłego pola znanego jako czasoprzestrzeń; oraz mechanika kwantowa, która opisuje zachowanie dyskretnych cząstek za pomocą matematyki prawdopodobieństwa.

Aby ujednolicić teorię grawitacji kwantowej, którą można zastosować uniwersalnie, te dwie niemieszające się teorie muszą znaleźć sposób, aby w jakiś sposób do siebie dopasować.

To tutaj pojawiają się czarne dziury, być może najdziwniejsze i najbardziej ekstremalne obiekty we wszechświecie. Te masywne obiekty są tak gęste, że w pewnej odległości od środka masy czarnej dziury prędkość we wszechświecie nie jest wystarczająca, aby uciec. Nawet z prędkością światła.

ta odległość, nierówny W zależności od masy czarnej dziury nazywa się ją horyzontem zdarzeń. Kiedy obiekt przekroczy swoje granice, możemy sobie tylko wyobrazić, co się stanie, ponieważ nic nie zwraca istotnych informacji o jego losie. Jednak w 1974 roku Stephen Hawking zaproponował, że przerwanie fluktuacji kwantowych spowodowane przez horyzont zdarzeń prowadzi do powstania rodzaju promieniowania bardzo podobnego do promieniowania cieplnego.

Jeśli promieniowanie Hawkinga istnieje, jest ono zbyt słabe, aby zostało jeszcze wykryte. Możliwe, że nigdy nie odsiejemy go z ciszy wszechświata. Możemy jednak zweryfikować jej właściwości, tworząc analogi czarnej dziury w warunkach laboratoryjnych.

Robiono to już wcześniej, ale w listopadzie 2022 r. zespół kierowany przez Lotte Mertens z Uniwersytetu w Amsterdamie w Holandii spróbował czegoś nowego.

Jednowymiarowy łańcuch atomów służył jako ścieżka do „Przeskakiwać” z jednej pozycji na drugą. Dostosowując łatwość, z jaką może nastąpić ten skok, fizycy mogą spowodować zanik pewnych właściwości, skutecznie tworząc rodzaj horyzontu zdarzeń, który zakłóca falową naturę elektronów.

Zespół stwierdził, że wpływ fałszywego horyzontu zdarzeń spowodował wzrost temperatury zgodny z przewidywaniami teoretycznymi dla równoważnego układu czarnych dziur. Ale tylko wtedy, gdy część łańcucha wykracza poza horyzont zdarzeń.

Może to oznaczać, że splątanie cząstek rozciągających się przez horyzont zdarzeń odgrywa kluczową rolę w generowaniu promieniowania Hawkinga.

Symulowane promieniowanie Hawkinga miało charakter termiczny tylko w pewnym zakresie amplitud skoków i w ramach symulacji zaczęto symulować rodzaj czasoprzestrzeni, który jest uważany za „płaski”. Sugeruje to, że promieniowanie Hawkinga może mieć charakter termiczny tylko w szeregu sytuacji oraz gdy następuje zmiana zakrzywienia czasoprzestrzeni pod wpływem grawitacji.

Nie jest jasne, co to oznacza dla grawitacji kwantowej, ale model umożliwia badanie wyglądu promieniowania Hawkinga w środowisku, na które nie wpływa dzika dynamika powstawania czarnych dziur. Naukowcy twierdzą, że ze względu na swoją prostotę można ją zastosować w szerokim zakresie zastosowań eksperymentalnych.

„Może to otworzyć drogę do zbadania podstawowych aspektów mechaniki kwantowej wraz z grawitacją i zakrzywioną czasoprzestrzenią w różnych ustawieniach materii skondensowanej”. Badacze napisali.

Badanie zostało opublikowane w Badania przeglądu fizycznego.

Wersja tego artykułu została po raz pierwszy opublikowana w listopadzie 2022 r.