Videnskab
 science >> Videnskab >  >> Andet

Stephen Hawking lige igen?

Stephen Hawking foreslog først ideen om Hawking -stråling helt tilbage i 1974. Gary Gershoff/Getty/NASA/CXC/M.Weiss

Et laboratorieeksperiment ser ud til at validere en idé om sorte huller foreslået af ingen ringere end den teoretiske fysiker Stephen Hawking. I øvrigt, ideen - sorte huller udsender energi kaldet Hawking -stråling over tid og gradvist krymper - virker kontraintuitiv. Hvordan kan det muligvis være sandt? Vi har alle hørt, at intet kan undslippe tyngdekraften i et sort hul. Ikke engang lys!

Lad os tage et sekund og lære, hvad sorte huller ikke er. De er ikke ingenting. For at kvanteteorien skal være sand, virkelig ingenting er ikke en ting. Som min tante elsker at sige, "Det er altid noget." Selvom jeg ikke tror, ​​hun talte om sorte huller.

Så hvad er et sort hul? Det er det, der er tilbage, efter at en massiv stjerne dør. Stjerner har en enorm masse, hvilket betyder, at de også udøver et stærkt tyngdekrafttræk. Mens en stjerne er aktiv, fusionsreaktionerne i sin kerne balancerer ud med tyngdekraften af ​​sin masse, og stjernen holder sin form. Men med tiden, brændstoffet til fusionsreaktioner begynder at blive sparsomt, og tyngdekraften begynder at vinde tovtrækkeriet.

Som resultat, stjernen bliver mindre og tættere. Det begynder at trække mere materiale indad mod kernen. Kernen opvarmes, når dette sker. Til sidst, du får nok energi til en eksplosion - stjernen bliver supernova. Stjernen kaster energi og materie udad med enorm kraft, men den brugte kerne forbliver, massiv og tæt.

Det brugte core warps rum-tid, synker ned i det. Det er som at sætte en tung bowlingbold på en trampolin. Kuglens vægt deformerer trampolinen, får det til at falde ned. Sorte huller gør det samme med rumtid, kun de gør det i mere end to dimensioner.

Omkring hullets åbning er begivenhedshorisonten. Når du går forbi denne linje, du tilhører det sorte hul. Det gælder selv for selve lyset. Men hvis det er sandt, hvordan kunne sorte huller udstråle energi? Hvordan kunne Stephen Hawking have ret?

Kvanteteorien fortæller os, at selv i et sort hul ville der være svingende energifelter. Svingningerne genererer fotonpar. Oftere end ikke, fotoner ødelægger hinanden, som medlemmer i et boyband, der endelig er blevet trætte af at turnere.

Men nogle gange vises den ene foton på den indre kant af begivenhedshorisonten, mens den anden er på den ydre kant. Den inderste foton er dødsdømt og bliver trukket ned i det sorte hul. Den nyskilt foton på yderkanten zoomer ud til det ydre rum. Dette er Hawking -stråling. Du kan lytte til Neil deGrasse Tyson forklare Hawking -stråling og forsvinde sorte huller i denne video:

Ifølge Hawkings hypotese, fotonet, der falder ned i det sorte hul, får det faktisk til at skrumpe en lille smule på grund af negativ energi. Og Hawking foreslår også, at et sort hul ødelægger information, noget, der flyver i lyset af tanken om, at den samlede mængde information i universet er en konstant.

Og nu, endelig, vi kommer til forsøget. Eksperimentel fysiker Jeff Steinhauer simulerede et sort hul i laboratoriet og observerede, hvad der syntes at være Hawking -strålingsemissioner. Han skabte det akustiske sorte hul ved hjælp af ultrakølede atomer, der skaber virtuelle partikler af lyd kaldet fononer. Ligesom et ægte sort hul skaber virtuelle fotoner, der nogle gange bliver virkelige, det simulerede sorte hul skaber pakker med lyd.

Når det simulerede sorte hul skaber et ægte par fononer, man bliver fanget af en supersonisk region og er fanget. Dette ligner en foton, der sluges af et rigtigt sort hul, formindske det sorte hul i processen.

Laboratorieeksperimentet er ikke et afgørende bevis på, at Hawking havde ret. Nogle fysikere mener, at det er for stort et spring at ligestille det kunstige sorte hul med et astronomisk sort hul. Det kan være, at det, der gælder for den ene, ikke er tilfældet for den anden. Og de udsving, Steinhauer fremkaldte, ligner måske kun dem, der findes i rumets vakuum, hvilket betyder, at resultaterne kan være vildledende.

Forskere skulle replikere Steinhausers eksperiment for at sikre, at resultaterne er gyldige. Selv da, det kan tage et stykke tid, før det videnskabelige samfund som helhed er klar til at betragte resultaterne som støtte til Stephen Hawkings forudsigelser tilbage i 1970'erne. Men det er muligt, at vi er et skridt tættere på en mere fuldstændig forståelse af det mystiske sorte hul.