في عام 1974 ، افترض ستيفن هوكينج أن أحلك الجاذبية العملاقة في الكون ، الثقوب السوداء ، لم تكن ابتلع النجوم السوداء التي تخيلها علماء الفلك ، لكنها تصدر الضوء تلقائيًا – وهي ظاهرة تسمى الآن إشعاع هوكينغ.
تكمن المشكلة في أنه لم يلاحظ أي فلكي على الإطلاق إشعاع هوكينغ الغامض ، وبما أنه من المتوقع أن يكون خافتًا جدًا ، فقد لا يكون أبدًا. هذا هو السبب في أن العلماء اليوم يصنعون بأنفسهم الثقوب السوداء.
هذا بالضبط ما فعله الباحثون في معهد التخنيون الإسرائيلي للتكنولوجيا. لقد صنعوا نظيرًا للثقب الأسود من بين بضعة آلاف ذرات. كانوا يحاولون تأكيد اثنين من أهم تنبؤات هوكينغ ، أن إشعاع هوكينغ يأتي من لا شيء ولا يتغير في شدته بمرور الوقت ، مما يعني أنه ثابت.
“من المفترض أن يشع الثقب الأسود مثل الجسم الأسود ، وهو في الأساس جسم ساخن ينبعث منه ثابت الأشعة تحت الحمراء، “المؤلف المشارك للدراسة جيف ستينهاور ، أستاذ الفيزياء المشارك في معهد التخنيون الإسرائيلي للتكنولوجيا ، قال في بيان صحفي. “اقترح هوكينج أن الثقوب السوداء تشبه النجوم العادية ، التي تصدر نوعًا من الإشعاع طوال الوقت ، باستمرار. هذا ما أردنا تأكيده في دراستنا ، وقد فعلناه.”
متعلق ب: أغرب 12 كائنًا في الكون
أفق الحدث
ال الجاذبية من قوة الثقب الأسود لدرجة أنه حتى الضوء لا يمكنه الهروب من قبضته ، بمجرد مرور فوتون أو جسيم من الضوء عبر نقطة اللاعودة ، والتي تسمى أفق الحدث. للهروب من هذه الحدود ، على الجسيم أن يخالف قوانين الفيزياء والسفر أسرع من سرعة الضوء.
أظهر هوكينج أنه على الرغم من أنه لا شيء يمكن أن يفلت من أفق الحدث ، لا يزال بإمكان الثقوب السوداء أن تبعث الضوء تلقائيًا من الحدود ، وذلك بفضل ميكانيكا الكم وما يسمى “الجسيمات. الافتراضية”
كما يشرح هايزنبرغ مبدأ غير مؤكد، حتى الفراغ الكامل للفضاء مليء بأزواج من الجسيمات “الافتراضية” التي تظهر وتختفي من الوجود. عادة ما تبيد هذه الجسيمات العابرة ذات الطاقات المتعارضة على الفور تقريبًا. ولكن بسبب الجاذبية الشديدة في أفق حدث ما ، اقترح هوكينج أنه يمكن فصل أزواج من الفوتونات ، بحيث يمتص الثقب الأسود أحد الجسيمات ويهرب الآخر إلى الفضاء. يمتلك الفوتون الممتص طاقة سالبة ويطرح الطاقة ككتلة من الثقب الأسود ، بينما يصبح الفوتون المنفلت من إشعاع هوكينغ. من هذا وحده ، مع وجود وقت كافٍ (أطول بكثير من عمر الكون) ، يمكن للثقب الأسود أن يتبخر تمامًا.
“كانت نظرية هوكينج ثورية لأنه جمع بين فيزياء نظرية المجال الكمومي النسبية، “نظرية أينشتاين التي تصف كيفية تشوه المادة الزمكان، قال Steinhauer لـ Live Science. “لا يزال يساعد الناس على البحث عن قوانين جديدة للفيزياء من خلال دراسة الجمع بين هاتين النظريتين في مثال مادي. يرغب الناس في التحقق من هذا الإشعاع الكمي ، لكن الأمر صعب للغاية مع وجود ثقب أسود حقيقي لأن إشعاع هوكينغ ضعيف جدًا مقارنة بإشعاع الخلفية من الفضاء. “
ألهمت هذه المشكلة شتاينهاور وزملائه لإنشاء ثقب أسود خاص بهم – ثقب أكثر أمانًا وأصغر بكثير من الصفقة الحقيقية.
ثقب أسود DIY
يتكون الثقب الأسود المزروع في مختبر الباحثين من غاز متداول يبلغ حوالي 8000 الروبيديوم تم تبريد الذرات إلى الصفر المطلق تقريبًا وتثبيتها في مكانها بواسطة شعاع ليزر. لقد خلقوا حالة غامضة للمادة ، والمعروفة باسم مكثف بوز-أينشتاين (BEC) ، والذي يسمح لآلاف الذرات بالعمل معًا في انسجام تام كما لو كانت واحدة ذرة.
باستخدام شعاع ليزر ثانٍ ، أنشأ الفريق منحدرًا من الطاقة الكامنة، مما تسبب في تدفق الغاز مثل تدفق المياه إلى أسفل شلال ، مما يخلق أفق حدث حيث يتدفق نصف الغاز بشكل أسرع من سرعة الصوت، النصف الآخر أبطأ. في هذه التجربة ، بحث الفريق عن أزواج من الفونونات ، أو موجات صوتية كمومية ، بدلاً من أزواج من الفوتونات ، تتشكل تلقائيًا في الغاز.
وأوضح شتاينهاور أن الفونون الموجود في النصف الأبطأ يمكن أن يتحرك عكس الغاز ، بعيدًا عن الجرف ، في حين أن الفونون في النصف الأسرع محاصر بسرعة الغاز الأسرع من الصوت. “إنها مثل محاولة السباحة عكس التيار أسرع مما يمكنك السباحة. [That’s] تمامًا مثل التواجد في الثقب الأسود ، بمجرد دخوله ، من المستحيل الوصول إلى الأفق. “
بمجرد العثور على أزواج الفونونات هذه ، كان على الباحثين تأكيد ما إذا كانت مترابطة وما إذا كان إشعاع هوكينغ ظل ثابتًا بمرور الوقت (إذا كان ثابتًا). كانت هذه العملية صعبة لأنه في كل مرة يلتقطون فيها صورة للثقب الأسود ، يتم تدميرها بسبب الحرارة الناتجة عن هذه العملية. لذلك كرر الفريق تجربتهم 97000 مرة ، واستغرقوا أكثر من 124 يومًا من القياسات المستمرة للعثور على الارتباطات. في النهاية ، أتى صبرهم ثماره.
قال شتاينهاور: “لقد أظهرنا أن إشعاع هوكينغ ثابت ، مما يعني أنه لم يتغير بمرور الوقت ، وهو بالضبط ما تنبأ به هوكينج”.
قام الباحثون بتفصيل النتائج التي توصلوا إليها في 4 يناير في المجلة فيزياء الطبيعة.
نُشرت في الأصل على Live Science.
