O gaură neagră bazată pe sunet poate confirma radiația Hawking?

Foto: NASA/JPL-Caltech

Una dintre predicțiile lui Stephen Hawking pare să se confirme într-o gaură neagră artificială.

  • Stephen Hawking a prezis că particulele virtuale se rup în două din cauza forței gravitaționale a găurilor negre.
  • Găurile negre se vor “evapora” din cauza absorbției particulelor virtuale încărcate negativ.
  • Un cercetător a construit o gaură neagră bazată pe sunet, în loc de lumină.

Mulți dintre noi cred că găurile negre sunt puncte din spațiu care absorb tot, din care nici măcar lumina nu poate scăpa, niște entități care cresc încontinuu înghițind universul – ei bine, s-ar putea să nu fie chiar așa. Stephen Hawking nu credea asta. El a demonstrat, în teorie, că găurile negre se evaporă, într-un final, din pricina eliberării graduale de mici radiații numite “Radiația Hawking”. Aceste radiații sunt prea slabe și prea îndepărtate pentru a fi observate de pe Pământ, dar un experiment care a recreat artificial o gaură neagră susține teoria lui Hawking.

Hawking e1590184312720
Stephen Hawking, Photo: Bruno Vincent/Getty
În timp ce deja e cunoscut faptul că fotonii nu pot scăpa atracției unei găuri negre, ecuațiile lui Hawking, intolerante la “nimicul absolut”, sugerează că “spațiul gol” este plin de perechi de materie/antimaterie virtuale care sclipesc pentru o fracțiune de secundă și se anihilează reciproc, datorită sarcinilor electrice de sens opus, proces care le face să repete fenomenul.

Hawking a presupus că, atunci când perechile virtuale apar lângă o gaură neagră, ele sunt rupte de gravitația găurii negre, antimateria fiind atrasă în gaura neagră, în timp ce materia este împinsă în spațiu. În acest moment, ele devin particule reale, nu doar virtuale. Încărcătura negativă a antimateriei reduce energia și masa găurii negre într-o proporție foarte mică, dar pe măsură ce fenomenul se repetă, într-un final el va duce la dispariția acesteia. Particulele pozitive care rezultă, deși slabe, există și se numesc “Radiația Hawking”.

Hawking a prezis, de asemenea, că radiația emisă va prezenta un spectru continuu de temperatură, nu o lungime de undă specifică fotonilor emiși. Astfel, temperatura acestui spectru va fi calculată ca referință, în locul masei găurii negre.

Problema testării teoriei lui Hawking a fost punctată de fizicianul Silke Weinfurtner.

Temperatura asociată radiației Hawking, cunoscută ca temperatura Hawking, este invers-proporțională cu masa găurii negre. Pentru cele mai mici găuri negre observate, care au o masă similară cu cea a Soarelui, această temperatură este în jur de 60 nanokelvin. Radiația Hawking, în acest cazuri, este atât de mică încât nu poate fi măsurată prin observații astronomice.

Gaura neagră analogică din Haifa

Fizicianul experimental Jeff Steinhauer de la Technion – Institutul Israelian de Tehnologie din Haifa, lucrează de ani de zile pentru a recrea găuri negre sonice care absorb și captează sunetul.

Jeff e1590184454131
Jeff Steinhauer. Image source: Technion–Israel Institute of Technology
Replica acestei găuri negre a fost creată într-un mediu Bose-Einstein, o formă de materie extrem de ciudată, în care atomii sunt răciți aproape de zero absolut. La această temperatură există atât de puțină energie, încât atomii abia se mișcă în relație cu ceilalți, făcând ca acest super-fluid să se comporte ca un atom unificat.

Într-un asemenea mediu, se produc fluctuații cuantice de intensitate mică, care, la rândul lor, produc perechi de fononi, valuri de compresie care duc la schimbări de presiune a fluidelor pe care noi le percepem ca sunete.

Folosind o “capcană” în formă de trabuc, de doar câțiva milimetri, Steinhauer a răcit în jur de 8000 de atomi de iridiu în mediul Bose-Einstein. De la viteza sunetului, de 343 m/s, aceștia au încetinit până la o viteză de o jumătate de milimetru pe secundă. Reducând densitatea unei porțiuni a mediului, a accelerat atomii până la viteza de un milimetru pe secundă, o viteză supersonică, în comparație cu restul atomilor din mediul dens. Astfel, toți fononii încărcați energetic din proximitate au fost atrași în capcană.

Black hole copy
Photo: Pixabay
Steinhauer a publicat o lucrare în care confirmă faptul că fononii se comportă conform teoriei lui Hawking, perechi de fononi prind viață în proximitatea găurii negre, unul fiind atras, iar celălalt respins, exact ca radiația Hawking. Mai mult de atât, fononii au produs un spectru de temperatură determinat de masa sistemului și nu de lungimile de undă proprii.

Cu toate că teoria lui Hawking pare să prindă contur, acest experiment nu este o dovadă clară că ea este adevărată. Faptul că în loc de fotoni au fost folosiți fononi și că scara la care a fost făcut experimentul este departe de mărimea unei găuri negre reale –  lucruri care contează în fizica cuantică – nu înseamnă că este mai puțin interesant.

Comentează acest subiect pe Facebook

Sursa:
Share on facebook
Share on twitter
Share on linkedin
Share on reddit
Share on whatsapp

ABONARE

newsletter

Primiți noutăți pe e-mail

Introduceți mai jos adresa dumneavoastră de e-mail pentru a vă abona la newsletterele 10today.ro

CONTACT