تحقیقات نشان می دهد که سیاهچاله های مصنوعی درست مانند سیاهچاله های واقعی تابش می کنند

افراطی ترین اجرام در جهان سیاهچاله ها هستند که به قدری متراکم در فضای کوچکی قرار گرفته اند که وقتی به اندازه کافی نزدیک شود، هیچ چیز، حتی نور، نمی تواند از کشش گرانشی آنها فرار کند.

درک سیاهچاله‌ها برای کشف بنیادی‌ترین قوانین حاکم بر کیهان کلیدی است، زیرا آن‌ها محدودیت‌های دو تا از آزمایش‌شده‌ترین نظریه‌های فیزیک را نشان می‌دهند: نظریه نسبیت عام، که گرانش را نتیجه یک (در مقیاس بزرگ) توصیف می‌کند. اعوجاج فضا-زمان اجسام عظیم و نظریه مکانیک کوانتومی که فیزیک را در کوچکترین مقیاس طول توصیف می کند.

برای توصیف کامل سیاهچاله‌ها، باید این دو نظریه را در کنار هم قرار داد تا نظریه گرانش کوانتومی شکل بگیرد.

تابش سیاهچاله ها

برای رسیدن به این هدف، ممکن است بخواهیم آنچه را که از سیاهچاله ها فرار می کند به جای آنچه که جذب می شود، بررسی کنیم. افق رویداد یک مرز ناملموس در اطراف هر سیاهچاله ای است که هیچ راهی برای خروج از آن وجود ندارد. با این حال، استیون هاوکینگ به طور معروف کشف کرد که هر سیاهچاله ای به دلیل نوسانات کوانتومی کوچک در اطراف افق خود، باید مقدار کمی تابش گرمایی ساطع کند.

متأسفانه این تشعشع هرگز مستقیماً شناسایی نشده است. میزان تابش هاوکینگ که از هر سیاهچاله می‌آید به قدری ناچیز پیش‌بینی می‌شود که تشخیص آن (با فناوری کنونی) در میان تابش سایر اجرام کیهانی غیرممکن است.

از طرف دیگر، آیا می‌توانیم مکانیسم زیربنای ظهور تشعشعات هاوکینگ را در اینجا روی زمین مطالعه کنیم؟ این همان چیزی است که محققان دانشگاه آمستردام و IFW Dresden در صدد بررسی آن هستند. و پاسخ یک بله هیجان انگیز است.

سیاهچاله ها در آزمایشگاه

لوته مرتنز نویسنده می گوید: ما می خواستیم از ابزارهای قدرتمند فیزیک ماده متراکم برای کشف فیزیک گریزان این اجرام شگفت انگیز استفاده کنیم: سیاهچاله ها.

برای انجام این کار، محققان مدلی را بر اساس یک زنجیره یک بعدی از اتم ها مطالعه کردند که در آن الکترون ها می توانند از یک مکان اتمی به مکان اتمی دیگر “پرش” کنند. اعوجاج فضازمان به دلیل وجود یک سیاهچاله با تنظیم آسانی پرش الکترون ها بین هر مکان تقلید می شود.

با تغییر صحیح احتمال پرش در طول زنجیره، الکترونی که از یک سر زنجیره به انتهای دیگر حرکت می کند دقیقاً مانند یک قطعه ماده که به افق یک سیاهچاله نزدیک می شود رفتار می کند. و، مشابه تابش هاوکینگ، سیستم مدل دارای تحریکات حرارتی قابل اندازه گیری در حضور یک افق مصنوعی است.

یادگیری از طریق قیاس

علیرغم فقدان گرانش واقعی در سیستم مدل، نگاه کردن به این افق مصنوعی بینش مهمی در مورد فیزیک سیاهچاله ها ارائه می دهد. به عنوان مثال، این واقعیت که تشعشعات هاوکینگ شبیه‌سازی‌شده حرارتی است (به این معنی که به نظر می‌رسد سیستم دارای دمای ثابتی است) تنها برای انتخاب خاصی از تغییرات فضایی احتمال پرش، نشان می‌دهد که تابش هاوکینگ واقعی فقط در شرایط خاص می‌تواند صرفاً حرارتی باشد.

علاوه بر این، تابش هاوکینگ تنها زمانی ظاهر می‌شود که سیستم مدل بدون هیچ گونه تغییر فضایی احتمالات پرش، تقلید از یک فضا-زمان صاف بدون افق، قبل از تغییر به فضایی که حاوی یک سیاه‌چاله مصنوعی است، شروع شود. بنابراین، ظهور تشعشعات هاوکینگ مستلزم تغییر در اعوجاج فضا-زمان یا تغییر در نحوه درک ناظری که به دنبال تابش است، این اعوجاج را دارد.

در نهایت، تشعشعات هاوکینگ مستلزم وجود بخشی از مدار فراتر از افق مصنوعی است. این بدان معنی است که وجود تابش حرارتی با خاصیت مکانیکی کوانتومی درهم تنیدگی بین اجسام در دو طرف افق ارتباط نزدیک دارد.

از آنجایی که مدل بسیار ساده است، می توان آن را در تعدادی از تنظیمات آزمایشی اعمال کرد. این می تواند شامل سیستم های الکترونیکی قابل تنظیم، مدارهای چرخشی، اتم های فوق سرد یا آزمایش های نوری باشد. آوردن سیاه‌چاله‌ها به آزمایشگاه می‌تواند ما را یک قدم به درک تعامل بین گرانش و مکانیک کوانتومی نزدیک‌تر کند و در راه رسیدن به نظریه گرانش کوانتومی باشیم.