Др Степхен Хавкинг изнео је узнемирујућу теорију 1974. године, која тврди да црне рупе испаравају. Сада, 40 година касније, истраживач је најавио креирање симулације Хавкингове радијације у лабораторијским условима.
Могућност црне рупе потекла је из Ајнштајнове теорије опште релативности. Карл Сцхварзцхилд 1916. године први је схватио могућност гравитационе сингуларности са границом која је окружује у којој светлост или материја не могу побјећи.
Овог месеца, Јефф Стеинхауер са Техницког института - Израелски технолошки институт, у свом часопису описује, „опажање само појачавајућег Хокинговог зрачења на аналогном ласеру са црном рупом“ у часопису Натуре, како је створио аналогни хоризонт догађаја користећи супстанцу охлађен до скоро апсолутне нуле и помоћу ласера је могао да детектује емисију Хавкинг зрачења. Може ли ово бити први валидан доказ постојања Хавкингове радијације и последично запечатити судбину свих црних рупа?
Ово није први покушај креирања Хавкинговог аналога зрачења у лабораторији. У 2010. години створен је аналог из блока стакла, ласера, огледала и детектора охлађеног (Пхис. Рев. Писмо, септембар 2010); без дима није пратио огледала. Ултра кратки импулс интензивне ласерске светлости који пролази кроз стакло индуковао је индекс преламања (РИП) који је функционисао као хоризонт догађаја. Видело се светло из РИП-а. Ипак, резултати Ф. Белгиорно ет ал. остају контроверзни. Још је оправдано још експеримената.
Најновији покушај умножавања Хавкингове радијације од стране Стеинхауера узима више технолошки прихватљив приступ. Он ствара Босе-Ајнштајнов кондензат, егзотично стање материје при врло близу апсолутне нулте температуре. Границе створене унутар кондензата функционирале су као хоризонт догађаја. Међутим, пре него што уђемо у додатне детаље, направимо корак уназад и размотримо шта Штајнхауер и остали покушавају да реплицирају.
Рецепт за прављење Хавкинг зрачења почиње црном рупом. Црна рупа било које величине ће успети. Хокингова теорија каже да ће се мање црне рупе брже зрачити од већих и у недостатку материје која упадне у њих - накупљања, „испарати“ ће много брже. Огромне црне рупе могу да прођу дуже од милион пута више од данашњег доба Универзума да би испаравале Хавкинг зрачењем. Попут гуме са спорим цурењем, већина црних рупа би вас довела до најближе поправке.
Дакле, имате црну рупу. Има хоризонт догађаја. Овај хоризонт је такође познат и као Сцхварзцхилдов радијус; провера светлости или материје у хоризонту догађаја се никада не може проверити. Или је то било прихваћено разумевање док га теорија доктора Хавкинга није подржала. А изван хоризонта догађаја је обичан простор са неким упозорењима; размислите о томе да додате неке зачине. На хоризонту догађаја сила гравитације из црне рупе је толико екстремна да индукује и повећава квантне ефекте.
Сав простор - унутар нас и који нас окружује до крајева Универзума, укључује квантни вакуум. Свуда у свемирском квантном вакууму парови виртуалних честица се појављују и нестају; одмах уништавајући једни друге на изузетно кратким временским размјерима. Уз екстремне услове на хоризонту догађаја, виртуелни парови честица и античестице, попут електрона и позитрона, се материјализују. Они који се појављују довољно близу хоризонта догађаја могу имати једну или другу виртуелну честицу запетљену гравитацијом црних рупа, остављајући само једну честицу која је после тога слободна да дода зрачење које произлази из црне рупе; зрачење које као целина астрономи могу да открију присуство црне рупе, али да је не посматрају директно. То је раздвајање виртуелних честица црном рупом на њеном хоризонту догађаја који изазива Хавкингове зрачење које само по себи представља нето губитак масе из црне рупе.
Па зашто астрономи не траже у свемиру Хавкингово зрачење? Проблем је у томе што је зрачење врло слабо и преплављено је зрачењем произведеним од многих других физичких процеса који окружују црну рупу с диском за избацивање. Зрачење је угушено хором енергетских процеса. Дакле, најнепосреднија могућност је умножавање Хавкинг зрачења помоћу аналога. Иако је Хокингова радијација слаба у поређењу са масом и енергијом црне рупе, радијација је у суштини све време у Универзуму да се одвоји од матичног тела.
Овде је конвергенција растућег разумевања црних рупа довела до семинарског рада др Хавкинга. Теоретичари, укључујући Хавкинга, схватили су да се упркос теорији квантне и гравитационе теорије која је неопходна за описивање црне рупе, црне рупе такође понашају као црна тела. Њима управља термодинамика и робови су ентропији. Производња Хавкинг зрачења може се окарактерисати као термодинамички процес и то је оно што нас враћа експерименталистима. За понављање емисије ове врсте зрачења могу се користити и други термодинамички процеси.
Користећи Босе-Ајнштајнов кондензат у посуди, Стеинхауер је усмерио ласерске зраке у деликатни кондензат да створи хоризонт догађаја. Даље, његов експеримент ствара звучне таласе који постају заробљени између две границе које дефинирају хоризонт догађаја. Штајнхауер је открио да су звучни таласи на његовом аналогном хоризонту догађаја појачани као што се то догађа са светлом у заједничкој ласерској шупљини, али и онако како је то предвиђала теорија о црним рупама др Хавкинга. Светлост бјежи од ласера присутног на хоризонту аналогних догађаја. Штајнхауер објашњава да ова светлост која излази из ваздуха представља дуго тражено Хавкингово зрачење.
Објава овог дела у природи прошла је знатан стручни преглед који треба да се прихвати, али то само по себи не потврђује његове налазе. Стеинхауеров рад сада ће издржати још већу провјеру. Други ће покушати да дуплицирају његово дело. Његово постављање у лабораторији је аналоган и тек треба проверити да оно што посматра заиста представља Хокингово зрачење.
Референце:
„Посматрање само појачавајућег Хавкинг зрачења у аналогном ласеру са црном рупом“, Природна физика, 12. октобар 2014.
„Хавкинг зрачење из ултрасортних ласерских пулсних филамената“, Ф. Белгиорно и др., Пхис. Писмо, септембар 2010
"Експлозије у црној рупи?", С. В. Хавкинг и др., Природа, 01. март 1974
„Квантна механика црних рупа“, С. Хавкинг, Сциентифиц Америцан, јануар 1977
