หลุมดำเป็นสีดำจริงๆเหรอ?

เป็นรูดำสีดำอย่างแท้จริง? การทดลองในห้องปฏิบัติการใหม่ชี้ไปที่ "ไม่"

นักวิทยาศาสตร์ได้สังเกตปรากฏการณ์ที่รู้จักกันในชื่อ Hawking Radiation: การปล่อยพลังงานจาง ๆ ซึ่งในทางทฤษฎีนั้นถูกสร้างขึ้นที่ขอบของเหตุการณ์เหตุการณ์สีดำหรือจุดที่แสงไม่สามารถหลบหนีได้

ถ้ารังสีฮอว์คิงมาจากหลุมดำดาราศาสตร์ (ไม่ใช่แค่ที่สร้างขึ้นในห้องแล็บ) มันจะหมายความว่าวัตถุเหล่านี้ไม่ได้มืดทั้งหมด นอกจากนี้ยังสามารถช่วยให้นักวิทยาศาสตร์แก้ปัญหาความขัดแย้งที่โพสต์ด้วยหลุมดำและอาจทำให้เข้าใจถึงปัญหาที่สำคัญที่สุดอย่างหนึ่งที่เผชิญกับฟิสิกส์สมัยใหม่ -หลุมดำที่แปลกประหลาดที่สุดในจักรวาล-

Jeff Steinhauer นักฟิสิกส์ทดลองที่ Technion - สถาบันเทคโนโลยีแห่งอิสราเอลในอิสราเอลและผู้เขียนนำในการศึกษาใหม่บอกกับ Space.com

จากข้อมูลของ Steinhauer การคำนวณก่อนหน้านี้โดยนักจักรวาลวิทยาสตีเฟ่นฮอว์คิง(ผู้ที่มาพร้อมกับทฤษฎีที่มีชื่อของเขา) รวมทฤษฎีของฟิสิกส์ควอนตัมและแรงโน้มถ่วง การทดลองในปัจจุบันทดสอบการคำนวณเหล่านั้นซึ่งเป็นหลักฐานที่ชัดเจนครั้งแรกว่าพวกเขาถูกต้อง Steinhauer กล่าว

“ หลุมดำเป็นพื้นที่ทดสอบสำหรับกฎของฟิสิกส์” Steinhauer กล่าว

ว่ายน้ำกับปัจจุบัน

มีแนวคิดที่ยุ่งยากในวิชาฟิสิกส์ที่บอกว่าคู่ของอนุภาคจะกระพริบตาอย่างต่อเนื่องตลอดทั้งอวกาศ หนึ่งคืออนุภาคของสสารปกติและอีกสิ่งหนึ่งเป็นสิ่งที่ตรงกันข้ามหรือ antiparticle ดังนั้นทั้งสองทำลายล้างกันและไม่มีการเปลี่ยนแปลงงบดุลพลังงานของจักรวาล นี่คือเรียกว่าอนุภาคเสมือนจริง- เมื่อสิ่งนี้เกิดขึ้นใกล้กับขอบหรือขอบฟ้าเหตุการณ์ของหลุมดำอนุภาคสามารถหลีกเลี่ยงการทำลายล้างได้อย่างสมบูรณ์ หนึ่งสามารถตกอยู่ข้างในในขณะที่คนอื่นหลบหนี

รับการค้นพบที่น่าสนใจที่สุดในโลกที่ส่งตรงไปยังกล่องจดหมายของคุณ

แต่การสังเกตการมีปฏิสัมพันธ์ดังกล่าวในธรรมชาติยังคงเป็นเรื่องยากการแผ่รังสีฮอว์คิงรอบหลุมดำ (ถ้ามีอยู่) เป็นลมที่ไม่สามารถมองเห็นได้จากโลกรอบ ๆ หลุมดำที่รู้จักกันดี (ซึ่งส่วนใหญ่อยู่ไกลมาก) นอกเหนือจากระยะทางแล้วการแผ่รังสีฮอว์คิงมีแนวโน้มที่จะเกิดจากการแผ่รังสีจากแหล่งอื่น ๆ Steinhauer กล่าว

“ มันทำให้ดูเหมือนว่าแทบจะเป็นไปไม่ได้เลยที่จะเห็นรังสีเล็กน้อยนี้มาจากหลุมดำ” เขากล่าว

ปัญหาเดียวกันนี้ใช้ในห้องปฏิบัติการซึ่งความร้อนใด ๆ สามารถสร้างรังสีพื้นหลังที่ครอบงำรังสีฮอว์คิงที่ผลิตในห้องปฏิบัติการ เพื่อขจัดปัญหานั้นการทดลองของ Steinhauer วิ่งน้อยกว่าหนึ่งพันล้านองศาเหนือศูนย์สัมบูรณ์

ในหลุมอะนาล็อกสีดำเส้นอะตอมรูบิเดียมเย็นลำธารจากเลเซอร์เพื่อสร้างรูปแบบของสสารที่เรียกว่ากคอนเดนเสท Bose-Einstein- ก๊าซเย็นจะไหลเร็วกว่าความเร็วของเสียงในทิศทางเดียวเพื่อให้คลื่นเสียงพยายามที่จะต่อต้านการไหลไม่สามารถจัดการเพื่อก้าวไปข้างหน้าได้ ในแง่นี้คลื่นเสียงที่เคลื่อนที่ช้ากว่านั้นเป็นเหมือนอนุภาคที่พยายามหลบหนีจากหลุมดำ

“ มันเหมือนกับการพยายามว่ายน้ำกับแม่น้ำ” Steinhauer กล่าว "ถ้าแม่น้ำกำลังจะเร็วกว่าที่คุณสามารถว่ายน้ำได้คุณจะย้อนกลับไปแม้ว่าคุณจะรู้สึกว่าคุณกำลังก้าวไปข้างหน้า"

ความพยายามต้นน้ำนั้นคล้ายคลึงกับแสงในหลุมดำที่พยายามหลบหนีเขากล่าว คลื่นเสียงพยายามที่จะก้าวไปข้างหน้าแทนที่จะถอยกลับ หากมีการสร้างอนุภาคเสมือนจริงสองอนุภาคใกล้ขอบฟ้าเหตุการณ์อนุภาคหนึ่งสามารถบริโภคได้โดยหลุมดำ (ลำธารเคลื่อนที่เร็ว) ในขณะที่คนอื่นหลบหนีหลีกเลี่ยงการทำลายล้าง อนุภาคที่หลบหนีเรียกว่ารังสีฮอว์คิง

วิธีการสร้างหลุมดำโดยใช้คลื่นเสียงถูกนำเสนอในปี 1981 และตั้งแต่นั้นมานักวิทยาศาสตร์ได้พยายามที่จะจำลองการแผ่รังสีฮอว์คิงในห้องแล็บ สองปีที่ผ่านมา Steinhauer ทำการทดลองที่วัดการแผ่รังสีฮอว์คิงหลังจากมีบางสิ่งถูกชนเข้ากับขอบฟ้าเหตุการณ์ของหลุมดำอะนาล็อกอย่างจงใจ การทดลองใหม่นี้ใช้ท่าทางรอและดูมากขึ้นรอให้คู่อนุภาคอนุภาคปรากฏขึ้นโดยไม่มีการกระตุ้นภายนอกเช่นเกิดอะไรขึ้นในส่วนลึกของอวกาศ

เช่นเดียวกับการเหยี่ยวทฤษฎีหลุมดำจำลองพ่นอนุภาคที่คาดการณ์ไว้ซึ่งเป็นสัญญาณของการแผ่รังสีฮอว์คิง

“ สิ่งที่ฉันเห็นแสดงให้เห็นว่าหลุมดำที่แท้จริงอาจปล่อยออกมาบางสิ่งบางอย่าง” Steinhauer กล่าว

การค้นพบใหม่ยังมีผลกระทบที่ใหญ่กว่าสำหรับสาขาฟิสิกส์เขากล่าว หนึ่งในความลึกลับที่ยิ่งใหญ่ที่สุดในฟิสิกส์คือเหตุผลที่ทฤษฎีแรงโน้มถ่วงของไอน์สไตน์ (ซึ่งอธิบายถึงปฏิสัมพันธ์ขนาดใหญ่ในจักรวาล)ดูเหมือนจะไม่เข้ากันได้ด้วยกลศาสตร์ควอนตัม (ซึ่งอธิบายการโต้ตอบขนาดเล็กมาก)

“ การรวมแรงโน้มถ่วงเข้ากับควอนตัมฟิสิกส์เป็นหนึ่งในเป้าหมายหลักของฟิสิกส์ในปัจจุบัน” Steinhauer กล่าว "ฮอว์คิงทำขั้นตอนแรกไปสู่สิ่งนั้น"

หลุมดำจำลองการทดสอบสมการของฮอว์คิง

“ การคำนวณของเขาคาดการณ์ว่าควรมีแสงจากหลุมดำ” Steinhauer กล่าว "ปรากฎว่าการคำนวณของเขาถูกต้อง"

การแก้ไขความขัดแย้ง?

หนึ่งผลลัพธ์ที่น่าสนใจของหลุมดำเทียมเกี่ยวข้องกับข้อมูลเชิงลึกเกี่ยวกับข้อมูลขัดแย้ง- ตามทฤษฎีของ Einsteinสัมพัทธภาพทั่วไปทุกสิ่งที่ข้ามขอบฟ้าเหตุการณ์ของหลุมดำจะถูกใช้ไปรวมถึงข้อมูล เมื่ออนุภาคที่หลบหนีขโมยพลังงานจากหลุมดำวัตถุขนาดใหญ่สามารถหดตัวได้เมื่อเวลาผ่านไป แน่นอนว่ามันจะหยุดลงการบริโภควัสดุใกล้เคียงและไม่ได้รับน้ำหนักใหม่ ในทางทฤษฎีหลุมดำสามารถหดตัวลงไปในสิ่งที่ไม่ได้รับข้อมูลที่ดำเนินการโดยหรือเกี่ยวกับอนุภาคที่ใช้ไป

“ ข้อมูลหายไปแล้ว” เขากล่าว "มันเหมือนกับว่ามันเข้าไปในหลุมดำและหายไป"

เนื่องจากกลศาสตร์ควอนตัมแสดงให้เห็นว่าข้อมูลไม่สามารถสูญหายได้นั่นทำให้เกิดความขัดแย้ง

จากการคำนวณของฮอว์คิงอนุภาคที่รอดชีวิตไม่มีข้อมูลที่เป็นประโยชน์เกี่ยวกับวิธีที่หลุมดำเกิดขึ้นและสิ่งที่มันบริโภคแนะนำว่าข้อมูลที่หายไปพร้อมกับหลุมดำเอง

หลุมดำของ Steinhauer เปิดเผยว่าคู่ของอนุภาคพลังงานที่สูงขึ้นยังคงพันกันอยู่แม้หลังจากถูกกลืนเข้าไปในขอบฟ้าเหตุการณ์ อนุภาคที่พันกันสามารถแบ่งปันข้อมูลได้ทันทีแม้ว่าพวกเขาจะถูกคั่นด้วยระยะทางไกลบางครั้งปรากฏการณ์ที่อธิบายว่าเป็น "การกระทำที่น่ากลัวในระยะไกล"

“ การแก้ปัญหาบางอย่างเกี่ยวกับ [ความขัดแย้ง] นี้อาจพึ่งพาการพัวพัน” Steinhauer กล่าว

นักวิทยาศาสตร์ไม่เกี่ยวข้องกับการวิจัยที่ถูกสัมภาษณ์โดยข่าวธรรมชาติและโลกฟิสิกส์ทั้งคู่กล่าวว่าในขณะที่การทดลองดูเหมือนจะวัดรังสีฮอว์คิง แต่ก็ไม่จำเป็นต้องพิสูจน์ว่ารังสีฮอว์คิงมีอยู่รอบ ๆ หลุมดำในอวกาศ

การวิจัยได้รับการตีพิมพ์ออนไลน์ในวารสารฟิสิกส์ธรรมชาติ-

ติดตาม Nola Taylor Redd บน Twitter@NolatryหรือGoogle+- ติดตามเราที่@spacedotcom-FacebookหรือGoogle+- เผยแพร่ครั้งแรกเมื่อSpace.com-