قام الفيزيائيون بمحاكاة ثقب أسود في المختبر. ثم بدأت في “التبخر”. : تنبيه العلوم

الشيء الوحيد الذي “نعرفه” جميعًا عنه الثقوب السوداء هل هذا لا شيء يهرب قبضتهم التي لا مفر منها.

وهذا صحيح في الغالب، لكن منذ السبعينيات، توقع الفيزيائيون أن الثقوب السوداء يمكن أن تفقد الطاقة ببطء على شكل إشعاع حراري.

هذا هو إشعاع هوكينج، وعلى الرغم من إعادة إنشائه في نظائرها المختبرية، فإن الآلية التي من خلالها تسحب الطاقة من أ الثقب الأسود، والمعروفة باسم رد الفعل العكسي، ظلت بعيدة المنال.

الآن، في نظير ثقب أسود مصنوع من الضوء، ومن المفارقات، لاحظ فريق من الفيزيائيين بقيادة لورنزو بروكوبيو من جامعة بادربورن في ألمانيا نظيرًا لتفاعل إشعاع هوكينج الخلفي.

وقد نشرت النتائج التي توصلوا إليها في المجلة طبيعة.

إطار الحدود = “0” سماح = “مقياس التسارع؛ التشغيل التلقائي؛ الكتابة في الحافظة؛ الوسائط المشفرة؛ جيروسكوب؛ صورة داخل صورة؛ مشاركة الويب” Referrerpolicy=”strict-origin-when-cross-origin”allowfullscreen>

“وهذا يبسط الفهم النظري ويفتح طرقا جديدة لحساب التأثيرات في مثل هذه الأنظمة،” بروكوبيو يقول. “قد يلقي الضوء أيضًا على كيفية نشوء إشعاع هوكينج في سياق الجاذبية.”

الثقوب السوداء هي أغرب الأجسام وأكثرها تطرفًا في الكون.

إنها كثيفة بشكل لا يصدق، وبمجرد أن تقترب منها بما فيه الكفاية، تصبح هناك لا الهروب الجاذبية الخاصة بهم.

فكر في صاروخ يغادر الأرض. إنه يحتاج إلى تحقيق سرعة معينة تُعرف باسم سرعة الهروب للتحرر من جاذبية الكوكب.

من الثقب الأسود، لا يوجد شيء في الكون يمكنه تحقيق سرعة الإفلات، ولا حتى الضوء. المسافة من مركز الثقب الأسود والتي تحدد النقطة التي لم يعد الضوء قادراً على الإفلات بعدها هي أفق الحدث.

إشعاع هوكينج, تم اقتراحه لأول مرة من قبل الفيزيائي ستيفن هوكينج في عام 1974، يكون إشعاع الجسم الأسود من المتوقع أن تنشأ من التأثيرات الكمومية بالقرب من أفق الحدث للثقب الأسود.

ومع ذلك، في حين أن إشعاع هوكينج يعد تنبؤًا قويًا ومقبولًا على نطاق واسع لنظرية المجال الكمي في الزمكان المنحني، إلا أن كيفية نقل الطاقة من الثقب الأسود إلى الإشعاع ظلت سؤالًا مفتوحًا.

المشكلة الكبيرة هي نفس المشكلة التي نواجهها دائمًا مع الثقوب السوداء: المراقبة المباشرة لإشعاع هوكينج مستحيلة حاليًا. في الواقع، من المتوقع أن تكون الإشارة باهتة جدًا لدرجة أننا قد لا نتمكن أبدًا من فصلها عن العالم إشعاع الخلفية الذي يتخلل الكون.

هذا هو المكان الذي يبدع فيه الفيزيائيون.

إطار الحدود = “0” سماح = “مقياس التسارع؛ التشغيل التلقائي؛ الكتابة في الحافظة؛ الوسائط المشفرة؛ جيروسكوب؛ صورة داخل صورة؛ مشاركة الويب” Referrerpolicy=”strict-origin-when-cross-origin”allowfullscreen>

فبدلاً من دراسة الثقوب السوداء بشكل مباشر، قاموا ببناء أنظمة مختبرية تخضع لنفس الفيزياء الأساسية.

بعضها بسيط بشكل مدهش، مثل الماء يحوم أسفل البالوعة لتقليد تدفق الزمكان حول الثقب الأسود. يستخدمه الآخرون مكثفات بوز-آينشتاين شديدة البرودة أو سلاسل الذرات لإعادة إنشاء فيزياء أفق الحدث.

تم تطوير التناظرية المستخدمة في هذه الدراسة منذ أكثر من عقد من الزمان بقلم المؤلف المشارك في الدراسة أولف ليونهارت من معهد وايزمان للعلوم في إسرائيل.

ويستخدم نبضات ليزر فائقة السرعة تنتقل عبر ألياف بصرية منقوشة خصيصًا. تغير نبضة واحدة الخصائص البصرية للألياف بما يكفي لإنشاء نظير لأفق الحدث للنبضة الثانية.

التجارب السابقة باستخدام هذا الإعداد إعادة إنشاء إشعاع هوكينج نفسه. هذه المرة، كان الباحثون يبحثون عن شيء أكثر دقة، وهو رد الفعل الخلفي الصغير الذي يكشف كيفية انتقال الطاقة من الثقب الأسود التناظري إلى الإشعاع الذي ينبعث منه.

لفهم رد الفعل العكسي، قد يكون من المفيد التفكير في نيوتن لثانية واحدة.

تخيل أنك وصديقك تمارسان رياضة التزلج على الجليد. إذا دفعت صديقك بعيدًا، فسوف يتدحرج للأمام، ولكنك ستتدحرج أيضًا للخلف. لكل فعل رد فعل – قانون نيوتن الثالث للحركة.

رد الفعل العكسي هو النسخة التناظرية للثقب الأسود من هذا الارتداد. وبما أن إشعاع هوكينج يحمل الطاقة بعيدًا، فإن النظام الذي أنشأه يجب أن يتخلى عن كمية مكافئة من الطاقة. إن اكتشاف فقدان الطاقة الضئيل هو ما كان الباحثون يحاولون القيام به.

وعندما أرسلوا نبضات الليزر عبر الألياف الضوئية، لم يكن الباحثون ينظرون إلى الصديق الذي يتدحرج بعيدًا. لقد كانوا يبحثون عن تأثير الدفع على الدافع، وهو تحول بسيط في نبضة الليزر التي ولدت إشعاع هوكينج التناظري.

لقد وجدوه – وهنا ظهرت المفاجأة.

في السابق، اعتقد الفيزيائيون أن إشعاع هوكينج الذي شوهد في نظائره من الثقب الأسود ظهر من خلال سلسلة معقدة من التفاعلات البصرية. وبدلاً من ذلك، تشير النتائج الجديدة إلى عملية واحدة مباشرة تفسر بشكل طبيعي كلا من الإشعاع ورد الفعل العكسي.

“تُظهر تجربتنا والنظرية الأساسية أن إشعاع هوكينج هو نتيجة لعملية مباشرة، إذا كان التفاعل بين الإشعاع ومجال الجاذبية المكافئ ثنائي التربيع”. يكتب الباحثون في ورقتهم.

“ربما تشع الثقوب السوداء الفيزيائية الفلكية من خلال عملية بسيطة ومباشرة مثل تلك التي لدينا. رد الفعل العكسي الناتج سيصف بالتفصيل المجهري كيفية تبخر الثقوب السوداء.”

ومن المرجح أن تظل مراقبة نفس العملية حول ثقب أسود حقيقي مستحيلة في المستقبل المنظور.

متعلق ب: ربما اكتشف العلماء التوقيع الأول لأفق حدث الثقب الأسود

ولكن إذا ظهرت هذه الآلية في أنواع أخرى من نظائرها للثقوب السوداء، فإن ذلك من شأنه أن يعزز فكرة أن الباحثين قد حددوا شيئًا أساسيًا حول إشعاع هوكينج نفسه.

إذا كان الأمر كذلك، فقد يساعد في حل بعض المشاكل الشائكة في فيزياء الثقب الأسود النظرية.

“كل هذا يمكن أن يسلط الضوء على مفارقة المعلومات” يكتب الباحثون“، وهي مشكلة عانى منها هوكينج حتى رحيله أخيرًا، ورقة 2018“.

وقد تم نشر الورقة الجديدة في طبيعة.

تم التحقق من صحة هذه المقالة بواسطة جيس كوكيريل وتم تحريره بواسطة مايكل ايرفينغ. وبينما نفخر بعمليتنا، فإننا بشر فقط. إذا اكتشفت خطأً، يرجى اعلامنا.