يدعي الباحثون في جامعة سانت أندروز ، اسكتلندا ، أنهم وجدوا طريقة لمحاكاة أفق الحدث لثقب أسود - ليس من خلال تقنية مراقبة كونية جديدة ، وليس بواسطة كمبيوتر فائق عالي القدرة ... ولكن في المختبر. باستخدام الليزر وطول من الألياف الضوئية واعتمادًا على بعض ميكانيكا الكم الغريبة ، قد يتم إنشاء "التفرد" لتغيير طول موجة الليزر ، وتجميع تأثيرات أفق الحدث. إذا كانت هذه التجربة يمكن أن تنتج أفقًا للحدث ، فقد يتم اختبار الظاهرة النظرية لإشعاع هوكينغ ، وربما يمنح ستيفن هوكينج أفضل فرصة حتى الآن للفوز بجائزة نوبل.
فكيف يمكنك إنشاء ثقب أسود؟ في الكون ، يتم إنشاء الثقوب السوداء من خلال انهيار النجوم الضخمة. تنهار كتلة النجم إلى نقطة واحدة (بعد نفاد الوقود وخضوع مستعر أعظم) بسبب قوى الجاذبية الضخمة التي تعمل على الجسم. هل يجب أن يتجاوز النجم "حد" معين للكتلة (أي حد Chandrasekhar - الحد الأقصى الذي لا يمكن لكتلة النجم أن تدعم بنيتها ضد الجاذبية) ، فسوف تنهار إلى نقطة منفصلة (فردية). سيتم تشويه الزمكان بحيث أن كل الطاقة المحلية (المادة و الإشعاع) يقع في التفرد. المسافة من التفرد التي لا يستطيع فيها الضوء حتى الهروب من قوة الجاذبية تُعرف باسم أفق الحدث. قد ينتج عن تصادم الجسيمات عالية الطاقة من خلال الأشعة الكونية التي تؤثر على الغلاف الجوي العلوي الثقوب السوداء الدقيقة (MBHs). قد يكون مصادم الهادرون الكبير (في CERN ، بالقرب من جنيف ، سويسرا) قادرًا أيضًا على إنتاج تصادمات نشطة بما يكفي لإنشاء MBHs. ومن المثير للاهتمام ، أنه إذا كان المصادم LHC قادرًا على إنتاج MBHs ، فقد يتم إثبات نظرية Stephen Hawking الخاصة بـ "إشعاع Hawking" إذا تبخرت MBHs على الفور تقريبًا.
يتنبأ هوكينج بأن الثقوب السوداء تنبعث منها إشعاع. هذه النظرية متناقضة ، حيث لا يمكن لأي إشعاع الهروب من أفق حدث الثقب الأسود. ومع ذلك ، يفترض هوكينج أنه بسبب الغرابة في الديناميكيات الكمومية ، الثقوب السوداء يستطيع إنتاج إشعاع.
بكل بساطة ، يسمح الكون بإنشاء الجسيمات في فراغ ، "اقتراض" الطاقة من محيطها. للحفاظ على توازن الطاقة ، لا يمكن للجسيم ومضاد الجسيمات أن يعيش إلا لفترة قصيرة ، مما يعيد الطاقة المقترضة بسرعة كبيرة عن طريق الإبادة مع بعضها البعض. طالما أنهم يدخلون ويخرجون من الوجود خلال فترة زمنية محددة ، فإنهم يعتبرون "جسيمات افتراضية". الخلق في الإبادة لديه طاقة صفرية صافية.
ومع ذلك ، يتغير الموقف إذا تم إنشاء زوج الجسيمات هذا عند أو بالقرب من أفق حدث الثقب الأسود. إذا سقط أحد الزوجين الظاهريين في الثقب الأسود ، وتم طرد شريكه بعيدًا عن أفق الحدث ، فلن يتمكن من الإبادة. سيصبح كلا الجسيمين الظاهريين "حقيقيين" ، مما يسمح للجسيم الهروب بحمل الطاقة والكتلة بعيدًا عن الثقب الأسود (يمكن اعتبار الجسيم المحاصر له كتلة سلبية ، وبالتالي تقليل كتلة الثقب الأسود). هذه هي الطريقة التي يتنبأ بها إشعاع هوكينج بالثقوب السوداء "التبخيرية" ، حيث تُفقد الكتلة بسبب هذه المراوغات الكمومية في أفق الحدث. يتنبأ هوكينج بأن الثقوب السوداء سوف تتبخر وتختفي تدريجيًا ، بالإضافة إلى أن هذا التأثير سيكون بارزًا للثقوب السوداء الصغيرة و MBHs.
لذا ... نعود إلى مختبر سانت أندروز ...
يأمل البروفيسور أولف ليونهاردت في تهيئة ظروف أفق حدث الثقب الأسود باستخدام نبضات الليزر ، وربما يخلق أول تجربة مباشرة لاختبار إشعاع هوكينج. ليونهارت هو خبير في "الكوارث الكمية" ، وهي النقطة التي تنهار فيها فيزياء الموجة ، مما يخلق التفرد. في اجتماع "Cosmology Meets Condensed Matter" الأخير في لندن ، أعلن فريق Leonhardt عن طريقتهم لمحاكاة أحد المكونات الرئيسية لبيئة أفق الحدث.
ينتقل الضوء عبر المواد بسرعات مختلفة ، اعتمادًا على خصائص الموجة. تستخدم مجموعة سانت أندروز شعاعين من الليزر ، أحدهما بطيء والآخر سريع. أولاً ، يتم إطلاق نبضة انتشار بطيئة أسفل الألياف الضوئية ، يليها نبض أسرع. النبض الأسرع يجب "اللحاق" بالنبض الأبطأ. ومع ذلك ، عندما يمر النبض البطيء عبر الوسط ، فإنه يغير الخصائص البصرية للألياف ، مما يتسبب في إبطاء النبض السريع في أعقابه. هذا ما يحدث للضوء أثناء محاولته الهروب من أفق الحدث - يتم إبطائه إلى حد أنه يصبح "محاصرًا".
“نظهر بالحسابات النظرية أن مثل هذا النظام قادر على استكشاف الآثار الكمية للأفاق ، وخاصة إشعاع هوكينج. " - من ورقة قادمة لمجموعة سانت اندروز.
تبدو التأثيرات التي يمتلكها نبضان ليزر على بعضهما البعض لمحاكاة الفيزياء في أفق حدث غريب ، لكن هذه الدراسة الجديدة قد تساعدنا على فهم ما إذا كان يتم إنشاء MBHs في LHCs وقد يدفع ستيفن هوكينج أقرب قليلاً نحو جائزة نوبل المستحقة.
المصدر: Telegraph.co.uk
