ساخت سیاه چاله در آزمایشگاه! - مجله یک کامپیوتر

به گزارش خبرنگاران و به نقل از تک تایمز، دانشمندان با ایجاد یک سیاه چاله در آزمایشگاه یک گام به اثبات نظریه تابش هاوکینگ(Hawking radiation) نزدیک شده اند.

تابش هاوکینگ تابش جسم سیاه است که پیش بینی می گردد به خاطر تأثیر کوانتومی در نزدیکی افق رویداد، از سیاه چاله تابیده شده باشد. این پدیده به نام استیون هاوکینگ نامگذاری شده است. زیرا نخستین بار او در سال 1974 (میلادی) بحث نظری وجود آن را مطرح نمود. کارهای هاوکینگ به شرح نتایج یاکوب بکنشتاین یاری کرد. یاکوب بکنشتاین پیش بینی نموده بود که بیشینه آنتروپی سیاه چاله اندازه مشخصی دارد.

تابش هاوکینگ باعث کاهش جرم و انرژی سیاه چاله می گردد که به تبخیر سیاه چاله شناخته می گردد. به همین خاطر سیاه چاله هایی که جرم آن ها به روش دیگری افزایش نمی یابد با گذر زمان جرم آن کاهش یافته و در خاتمه، از بین می روند. پیش بینی می گردد که تابش ریزسیاه چاله، بیشتر از سیاه چاه های بزرگ تر باشد. بنابراین با سرعت بیشتری کوچک شده و از میان می رود.تابش هاوکینگ این معنی را می دهد که یک سیاه چاله می تواند کوچک شده و در نهایت کاملاً از بین برود. هنگامی که ذرات فرار می نمایند سیاه چاله مقداری از جرم و در نتیجه انرژی خود را (طبق E=mc2) از دست می دهد. توان ساطع شده از طریق یک سیاه چاله در قالب تابش هاوکینگ را به آسانی می توان تخمین زد.

آلبرت اینشتین در نظریه نسبیت عام برای نخستین بار وجود سیاهچاله ها را پیش بینی نموده بود. این نظریه سیاه چاله را به عنوان یک جسم با یک نیروی گرانشی قدرتمند توصیف کرد که حتی نور نمی تواند از آن فرار کند و نقطه ای هم وجود دارد که اجسام پس از ورود به آن نیز نمی توانند به بیرون بازگردند که این موضوع به عنوان افق رویداد شناخته می گردد.

اما هاوکینگ مخالف بود و اعتقاد داشت که سیاه چاله ها کاملاً سیاه نیستند. او پیش بینی نموده بود که وقتی مکانیک کوانتومی در نظر گرفته گردد، سیاهچاله ها در واقع یک جریان کوچک پرتوی حرارتی را در دمایی که به جرم آنها بستگی دارد، منتشر می نمایند.

با توجه به فیزیک کوانتوم، فضا با جفت ذراتی که با هم ظاهر می شوند پر می گردد و فوراً از بین می رود. اگر این فرآیند در نزدیکی افق رویداد رخ دهد، نیروی گرانشی قریب الوقوع سیاه چاله می تواند جفت ذرات را از هم جدا کند تا مانع از بین بردن یکدیگر شوند. یک ذره توسط سیاهچاله جذب می گردد و جرم آن را تا زمانی که نهایتاً ناپدید گردد، کاهش می دهد، در حالی که ذرات دیگر قادر خواهند بود به عنوان تابش حرارتی فرار نمایند که این موضوع با نام تابش هاوکینگ شناخته می گردد اما تابش هاوکینگ با تکنولوژی فعلی جهان تقریباً غیرقابل مشاهده است. اگر دانشمندان مایل به مشاهده یا تأیید وجود تابش هاوکینگ باشند، آنها می بایست سیاهچاله ها را مجدداً ایجاد نمایند و این دقیقاً همان چیزی است که یک گروه از فیزیکدانان مؤسسه فناوری تکنیون(Technion Institute of Technology) اخیراً در آزمایشگاه انجام داده اند.

پژوهشگران این مطالعه آنالوگی از یک سیاهچاله را در آزمایشگاه با استفاده از چگالش بوز-اینشتینِ اتم های روبیدیم فوق العاده سرد (Bose-Einstein condensate of ultra-cold rubidium atoms) ایجاد کردند. پس از آن با تنظیم انرژی حاصل از پرتوهای لیزری متمرکز دریافتند یک طرف چگالش، چگال تر از طرف دیگر است. این نیروها با استفاده از صدا، به جای نور و یک نقطه گذار بر روی میعانات گازی که به عنوان افق رویداد عمل می نماید، یک سیاهچاله واقعی را شبیه سازی می نمایند.

چگالش بوز-اینشتین(Bose-Einstein condensate) حالتی از ماده است که در آن، یک گازِ رقیقِ بوزون(Boson) را تا دمای بسیار پایین و در 273.14- درجه سانتی گراد(بسیار نزدیک به صفرمطلق)، سرد می نمایند. در اثر دمای بسیار پایین در این گذارفازی(Phase transition)، بخش بسیار بزرگی از بوزون ها، کمترین حالت کوانتومی را اشغال می نمایند و در آن نقطه پدیدهٔ کوانتومیِ ماکروسکوپی(Macroscopic quantum phenomena) آشکار می گردد. بوزون های سرد در هم فرو می روند و ابَر ذره هایی که رفتاری بیشتر شبیه یک ریزموج(Microwave) دارد تا ذره های معمولی شکل می گیرد. مادهٔ چگال شده بوز-اینشتین شنماینده و سرعت عبور نور در آن بسیار کم است.

درسمت چگال تر، سرعت صدا سریع تر بود، بنابراین امواج صوتی قادر به حرکت در همه جهات یا به سمت یا دور از نقطه گذار بودند. با این حال، هنگامی که امواج صوتی به سمت کم چگال تر چگالش حرکت می کردند، سرعت صدا پایین تر بود و آنها تنها می توانستنند در یک جهت و بیشتر به سمت سیاه چاله حرکت نمایند.

بنابر گزارشScience News، زمانی که محققان امواج صوتی یا فونونهایی را که فرار نموده بودند و آنهایی که به سیاهچاله افتاده بودند را اندازه گیری کردند، دریافتند که دمای آنها 0.35 میلیاردم کلوین(billionths of a Kelvin) است، که این دما مطابق با نظریه های هاوکینگ است. نتایج نیز با یکی دیگر از پیش بینی هاوکینگ که طی آن باور دارد این تابش، حرارتی است نیز مطابقت دارد.

پایگاه خبری گیزمودو نوشت: مطالعه جدید ثابت می نماید که تابش هاوکینگ یک اثر واقعی است که در این نوع سیستم ها اتفاق می افتد. البته، اگر در نهایت اثبات گردد که نظریه تابش هاوکینگ در جهانی واقعی اتفاق می افتد می تواند منجر به یک مسئله دیگر به نام پارادوکس اطلاعات سیاه چاله(the black hole information paradox) گردد.

در فیزیک کوانتوم هیچ اطلاعاتی تاکنون نابود نشده است. با این حال، در نظریه هاوکینگ، جرم سیاه چاله تا زمانیکه کاملاً ناپدید گردد، به آرامی کاهش می یابد. اگر یک سیاهچاله ناپدید گردد، تمام اطلاعاتی که در گذشته تحلیل می کرد نیز از بین می رود، که این موضوع قوانین مکانیک کوانتوم را نقض می نماید.

جف استینهار(Jeff Steinhauer) فیزیکدان مؤسسه فناوری تکنیون گفت: راهکار پارادوکس اطلاعات، در فیزیک سیاهچاله واقعی است نه در فیزیک سیاهچاله آنالوگ.

یافته های این مطالعه در مجله Nature منتشر شد.

bestcanadatours.com: مجری سفرهای کانادا و آمریکا | مجری مستقیم کانادا و آمریکا، کارگزار سفر به کانادا و آمریکا، مکزیک و کوبا