- Μηνύματα
- 28.176
- Reaction score
- 59
Η "μαύρη τρύπα" του ήχου
Τεχνητή μαύρη τρύπα, που δεσμεύει ήχο αντί για φως, δημιουργήθηκε σε μια προσπάθεια ανακάλυψης της θεωρητικής ακτινοβολίας Χόκινγκ.
Η ακτινοβολία Χόκινγκ, που διατυπώθηκε από το διάσημο φυσικό πριν από τριάντα χρόνια, ωθεί τις μαύρες τρύπες σε εξάτμιση με την πάροδο του χρόνου.
Οι αστροφυσικές μαύρες τρύπες σχηματίζονται όταν η ύλη γίνεται τόσο πυκνή ώστε καταρρέει στην κατάσταση της σημειακής μοναδικότητας. Η βαρύτητα της μαύρης τρύπας είναι τόσο μεγάλη που τίποτα -ούτε και το φως- δεν μπορεί να διαφύγει από την ακτίνα της, που ονομάζεται "ορίζοντας γεγονότων."
Ωστόσο, οι φυσικοί αναπτύσσουν επίσης "μαύρες τρύπες" ήχου.
Παρασέρνουν ένα υλικό ώστε να κινηθεί γρηγορότερα από την ταχύτητα του ήχου σε αυτό το μέσο, ώστε τα ηχητικά κύματα, που ταξιδεύουν μαζί του, να μην μπορούν να ανταποκριθούν, κάτι σαν τα ψάρια που κολυμπάνε σε ρεύματα με μεγάλες ταχύτητες. Ουσιαστικά, ο ήχος παγιδεύεται μέσα στο ρεύμα που σχηματίζει ο ορίζοντας γεγονότων.
Κβαντική κατάσταση
Τα υλικά πάνω στα οποία επικεντρώνονται οι φυσικοί ονομάζονται συμπυκνώματα Bose-Einstein (BECs), πρόκειται για κβαντική κατάσταση της ύλης μέσα στην οποία μία συστάδα ατόμων συμπεριφέρεται ως ενιαίο άτομο.
Συμπυκνώματα, που αγγίζουν την ταχύτητα του ήχου, έχουν κατασκευαστεί και στο παρελθόν, οπότε οι φυσικοί δημιούργησαν παράλληλα τις ακουστικές μαύρες τρύπες κατά τη διαδικασία πειραματισμών με τα BECs, είπε ο Eric Cornell του Πανεπιστημίου του Κολοράντο, ο οποίος είχε πάρει το Βραβείο Νόμπελ Φυσικής το 2001 μαζί με συνεργάτες του για την μελέτη του πάνω στα συμπυκνώματα Bose-Einstein.
Ωστόσο, συμπληρώνει, ότι η έρευνα του Jeff Steinhauer από το Τεχνικό Πανεπιστήμιο της Χάιφα στο Ισραήλ και των συνεργατών του αποτελεί το πρώτο εμπεριστατωμένο πείραμα, το οποίο στοχεύει απευθείας στο να δημιουργήσει την ακτινοβολία Χόκινγκ σε BEC.
Υπερηχητική ροή
Η ομάδα κατέψυξε πάνω από 100.000 άτομα ρουβιδίου σε θερμοκρασίες πολύ κοντά στο απόλυτο μηδέν και τα παγίδευσε με ένα μαγνητικό πεδίο. Με τη χρήση λέιζερ, οι ερευνητές δημιούργησαν μια πηγή ηλεκτρικού δυναμικού, που προσέλκυε τα άτομα και τα ωθούσε να διασχίζουν την πηγή ταχύτερα από την ταχύτητα του ήχου μέσα στο υλικό.
Η κατάσταση αυτή σχημάτισε μία υπερηχητική ροή που διήρκεσε γύρω στα 8 χιλιοδευτερόλεπτα. Έτσι, για τον ελάχιστο αυτό χρόνο, δημιουργήθηκε μία ακουστική μαύρη τρύπα που είχε την ικανότητα να δεσμεύει τον ήχο.
Οι επιπτώσεις αυτής της εργασίας ενδεχομένως να είναι σημαντικές, καθώς θα μπορούσε να οδηγήσει στην ανακάλυψη της ακτινοβολίας Χόκινγκ.
Η κβαντική μηχανική υποστηρίζει ότι ζεύγη μορίων δύνανται να εμφανιστούν αυθόρμητα από το πουθενά. Αυτά τα ζεύγη, αποτελούμενα από το μόριο και το αντι-μόριο του, θα πρέπει να υφίστανται για ένα κλάσμα του δευτερολέπτου προτού εξουδετερώσουν το ένα το άλλο και εξαφανιστούν.
Τη δεκαετία του '70 όμως, ο Χόκινγκ πρότεινε το εξής: αν το ζεύγος που δημιουργήθηκε βρισκόταν κοντά στην άκρη μαύρης τρύπας, τότε ενδεχομένως το ένα μόριο να πέσει μέσα προτού εξουδετερωθεί, αφήνοντας το έτερον ήμισυ μόνο του έξω από τον ορίζοντα γεγονότων. Για τους παρατηρητές, το συγκεκριμένο μόριο θα εμφανίζεται ως ακτινοβολία. Στις ακουστικές μαύρες τρύπες, η ακτινοβολία Χόκινγκ θα έπαιρνε τη μορφή ενός πλέγματος μορίων ταλαντευόμενης ύλης που ονομάζονται φωνόνια.
Μεγάλο όφελος
Η ανακάλυψη της ακτινοβολίας Χόκινγκ θα αποτελούσε μεγάλο όφελος για την επιστήμη της Φυσικής, αναφέρει ο κοσμολόγος Sean Carroll.
«Είναι σίγουρο ότι ο Στίβεν Χόκινγκ θα έπαιρνε το Βραβείο Νόμπελ,» είπε ο ίδιος. «Ωστόσο, θα μας αποδείκνυε κυρίως ότι βρισκόμαστε στο σωστό δρόμο.»
Και αυτό, επειδή η θεωρία του Χόκινγκ εισηγείται κάποιες θεμελιώδεις προτάσεις σχετικά με το πώς λειτουργεί η κβαντική μηχανική σε κυρτό -λόγω βαρύτητας- χώρο. Στη θεωρία του Χόκινγκ έγινε προσπάθεια υπολογισμού του πώς το σύμπαν συμπεριφερόταν κατά τη διάρκεια μιας περιόδου που ονομάζεται διαστολή, όταν το σύμπαν επεκτεινότανε ταχύτατα αμέσως μετά τη Μεγάλη Έκρηξη.
Ο εντοπισμός της ακτινοβολίας Χόκινγκ από τις αστροφυσικές παρατηρήσεις είναι εξαιρετικά δύσκολος, επειδή η εξάτμιση των μαύρων τρυπών συγκαλύπτεται από πηγές ακτινοβολίας με υψηλότερη ενέργεια, συμπεριλαμβανομένης της υστερολαμπής της Μεγάλης Έκρηξης.
Πρώτο βήμα
Οι ερευνητές έχουν ακόμα πολύ δρόμο μπροστά τους προτού εντοπίσουν την ακτινοβολία Χόκινγκ στις ακουστικές μελανές οπές. Η ομάδα του Steinhauer, για παράδειγμα, εκτιμά ότι η ώθηση που δέχονται τα άτομα στην κατάσταση τους αναφορικά με την ταχύτητα τους θα πρέπει να είναι 10 φορές μεγαλύτερη για να καταστεί δυνατή η δημιουργία ανιχνεύσιμης ακτινοβολίας Χόκινγκ σε μορφή φωνονίων.
«Είναι εξαιρετικά δύσκολο να ανιχνεύσουμε τα ηχητικά κύματα που παράγονται από την τρύπα. Αλλά είναι ένα συναρπαστικό πρώτο βήμα,» λέει ο Bill Unruh από το Πανεπιστήμιο της Βρετανικής Κολούμπια στο Βανκούβερ του Καναδά, ο οποίος πρώτος πρότεινε την ιδέα να χρησιμοποιηθούν κβαντικά υγρά για τη δημιουργία τεχνητών οριζόντων γεγονότων.
Ο Cornell συμφωνεί, προσθέτοντας ότι η ομάδα χρειάζεται να φτιάξει το BEC έτσι ώστε να ρέει πιο στρωτά, για να μπορέσει να μετρηθεί η ανεπαίσθητη ακτινοβολία Χόκινγκ. "Αυτό που έκαναν είναι το εύκολο μέρος," είπε. «Το δύσκολο μέρος είναι να το κάνεις με τέτοιο τρόπο ώστε να μπορείς να δεις όλες τις μικροσκοπικές διακυμάνσεις πάνω σε όλα τα βίαια πράγματα που έκανες στο συμπύκνωμα [για να καταστεί υπερηχητικό].»
New Scientist
Τεχνητή μαύρη τρύπα, που δεσμεύει ήχο αντί για φως, δημιουργήθηκε σε μια προσπάθεια ανακάλυψης της θεωρητικής ακτινοβολίας Χόκινγκ.
Η ακτινοβολία Χόκινγκ, που διατυπώθηκε από το διάσημο φυσικό πριν από τριάντα χρόνια, ωθεί τις μαύρες τρύπες σε εξάτμιση με την πάροδο του χρόνου.
Οι αστροφυσικές μαύρες τρύπες σχηματίζονται όταν η ύλη γίνεται τόσο πυκνή ώστε καταρρέει στην κατάσταση της σημειακής μοναδικότητας. Η βαρύτητα της μαύρης τρύπας είναι τόσο μεγάλη που τίποτα -ούτε και το φως- δεν μπορεί να διαφύγει από την ακτίνα της, που ονομάζεται "ορίζοντας γεγονότων."
Ωστόσο, οι φυσικοί αναπτύσσουν επίσης "μαύρες τρύπες" ήχου.
Παρασέρνουν ένα υλικό ώστε να κινηθεί γρηγορότερα από την ταχύτητα του ήχου σε αυτό το μέσο, ώστε τα ηχητικά κύματα, που ταξιδεύουν μαζί του, να μην μπορούν να ανταποκριθούν, κάτι σαν τα ψάρια που κολυμπάνε σε ρεύματα με μεγάλες ταχύτητες. Ουσιαστικά, ο ήχος παγιδεύεται μέσα στο ρεύμα που σχηματίζει ο ορίζοντας γεγονότων.
Κβαντική κατάσταση
Τα υλικά πάνω στα οποία επικεντρώνονται οι φυσικοί ονομάζονται συμπυκνώματα Bose-Einstein (BECs), πρόκειται για κβαντική κατάσταση της ύλης μέσα στην οποία μία συστάδα ατόμων συμπεριφέρεται ως ενιαίο άτομο.
Συμπυκνώματα, που αγγίζουν την ταχύτητα του ήχου, έχουν κατασκευαστεί και στο παρελθόν, οπότε οι φυσικοί δημιούργησαν παράλληλα τις ακουστικές μαύρες τρύπες κατά τη διαδικασία πειραματισμών με τα BECs, είπε ο Eric Cornell του Πανεπιστημίου του Κολοράντο, ο οποίος είχε πάρει το Βραβείο Νόμπελ Φυσικής το 2001 μαζί με συνεργάτες του για την μελέτη του πάνω στα συμπυκνώματα Bose-Einstein.
Ωστόσο, συμπληρώνει, ότι η έρευνα του Jeff Steinhauer από το Τεχνικό Πανεπιστήμιο της Χάιφα στο Ισραήλ και των συνεργατών του αποτελεί το πρώτο εμπεριστατωμένο πείραμα, το οποίο στοχεύει απευθείας στο να δημιουργήσει την ακτινοβολία Χόκινγκ σε BEC.
Υπερηχητική ροή
Η ομάδα κατέψυξε πάνω από 100.000 άτομα ρουβιδίου σε θερμοκρασίες πολύ κοντά στο απόλυτο μηδέν και τα παγίδευσε με ένα μαγνητικό πεδίο. Με τη χρήση λέιζερ, οι ερευνητές δημιούργησαν μια πηγή ηλεκτρικού δυναμικού, που προσέλκυε τα άτομα και τα ωθούσε να διασχίζουν την πηγή ταχύτερα από την ταχύτητα του ήχου μέσα στο υλικό.
Η κατάσταση αυτή σχημάτισε μία υπερηχητική ροή που διήρκεσε γύρω στα 8 χιλιοδευτερόλεπτα. Έτσι, για τον ελάχιστο αυτό χρόνο, δημιουργήθηκε μία ακουστική μαύρη τρύπα που είχε την ικανότητα να δεσμεύει τον ήχο.
Οι επιπτώσεις αυτής της εργασίας ενδεχομένως να είναι σημαντικές, καθώς θα μπορούσε να οδηγήσει στην ανακάλυψη της ακτινοβολίας Χόκινγκ.
Η κβαντική μηχανική υποστηρίζει ότι ζεύγη μορίων δύνανται να εμφανιστούν αυθόρμητα από το πουθενά. Αυτά τα ζεύγη, αποτελούμενα από το μόριο και το αντι-μόριο του, θα πρέπει να υφίστανται για ένα κλάσμα του δευτερολέπτου προτού εξουδετερώσουν το ένα το άλλο και εξαφανιστούν.
Τη δεκαετία του '70 όμως, ο Χόκινγκ πρότεινε το εξής: αν το ζεύγος που δημιουργήθηκε βρισκόταν κοντά στην άκρη μαύρης τρύπας, τότε ενδεχομένως το ένα μόριο να πέσει μέσα προτού εξουδετερωθεί, αφήνοντας το έτερον ήμισυ μόνο του έξω από τον ορίζοντα γεγονότων. Για τους παρατηρητές, το συγκεκριμένο μόριο θα εμφανίζεται ως ακτινοβολία. Στις ακουστικές μαύρες τρύπες, η ακτινοβολία Χόκινγκ θα έπαιρνε τη μορφή ενός πλέγματος μορίων ταλαντευόμενης ύλης που ονομάζονται φωνόνια.
Μεγάλο όφελος
Η ανακάλυψη της ακτινοβολίας Χόκινγκ θα αποτελούσε μεγάλο όφελος για την επιστήμη της Φυσικής, αναφέρει ο κοσμολόγος Sean Carroll.
«Είναι σίγουρο ότι ο Στίβεν Χόκινγκ θα έπαιρνε το Βραβείο Νόμπελ,» είπε ο ίδιος. «Ωστόσο, θα μας αποδείκνυε κυρίως ότι βρισκόμαστε στο σωστό δρόμο.»
Και αυτό, επειδή η θεωρία του Χόκινγκ εισηγείται κάποιες θεμελιώδεις προτάσεις σχετικά με το πώς λειτουργεί η κβαντική μηχανική σε κυρτό -λόγω βαρύτητας- χώρο. Στη θεωρία του Χόκινγκ έγινε προσπάθεια υπολογισμού του πώς το σύμπαν συμπεριφερόταν κατά τη διάρκεια μιας περιόδου που ονομάζεται διαστολή, όταν το σύμπαν επεκτεινότανε ταχύτατα αμέσως μετά τη Μεγάλη Έκρηξη.
Ο εντοπισμός της ακτινοβολίας Χόκινγκ από τις αστροφυσικές παρατηρήσεις είναι εξαιρετικά δύσκολος, επειδή η εξάτμιση των μαύρων τρυπών συγκαλύπτεται από πηγές ακτινοβολίας με υψηλότερη ενέργεια, συμπεριλαμβανομένης της υστερολαμπής της Μεγάλης Έκρηξης.
Πρώτο βήμα
Οι ερευνητές έχουν ακόμα πολύ δρόμο μπροστά τους προτού εντοπίσουν την ακτινοβολία Χόκινγκ στις ακουστικές μελανές οπές. Η ομάδα του Steinhauer, για παράδειγμα, εκτιμά ότι η ώθηση που δέχονται τα άτομα στην κατάσταση τους αναφορικά με την ταχύτητα τους θα πρέπει να είναι 10 φορές μεγαλύτερη για να καταστεί δυνατή η δημιουργία ανιχνεύσιμης ακτινοβολίας Χόκινγκ σε μορφή φωνονίων.
«Είναι εξαιρετικά δύσκολο να ανιχνεύσουμε τα ηχητικά κύματα που παράγονται από την τρύπα. Αλλά είναι ένα συναρπαστικό πρώτο βήμα,» λέει ο Bill Unruh από το Πανεπιστήμιο της Βρετανικής Κολούμπια στο Βανκούβερ του Καναδά, ο οποίος πρώτος πρότεινε την ιδέα να χρησιμοποιηθούν κβαντικά υγρά για τη δημιουργία τεχνητών οριζόντων γεγονότων.
Ο Cornell συμφωνεί, προσθέτοντας ότι η ομάδα χρειάζεται να φτιάξει το BEC έτσι ώστε να ρέει πιο στρωτά, για να μπορέσει να μετρηθεί η ανεπαίσθητη ακτινοβολία Χόκινγκ. "Αυτό που έκαναν είναι το εύκολο μέρος," είπε. «Το δύσκολο μέρος είναι να το κάνεις με τέτοιο τρόπο ώστε να μπορείς να δεις όλες τις μικροσκοπικές διακυμάνσεις πάνω σε όλα τα βίαια πράγματα που έκανες στο συμπύκνωμα [για να καταστεί υπερηχητικό].»
New Scientist
