In 1974 stelde Stephen Hawking de hypothese op dat de donkerste zwaartekracht in het universum, zwarte gaten, niet de donkere zwarte ster was die astronomen zich voorstellen, maar dat het automatisch licht uitzond – een fenomeen dat nu Hawking-straling wordt genoemd.
Het probleem is dat geen enkele astronoom ooit de mysterieuze Hawking-straling heeft waargenomen, en omdat verwacht werd dat deze erg zwak zou zijn, zullen ze dat misschien nooit doen. En dat is de reden waarom wetenschappers tegenwoordig hun eigen maken zwarte gaten
Dit is precies wat onderzoekers van het Technion Israeli Institute of Technology hebben gedaan. Ze maakten een analoog van een zwart gat uit een paar duizend Atomen Ze probeerden twee van Hawking’s belangrijkste voorspellingen te bevestigen, dat Hawking-straling uit het niets afkomstig is en dat het niet in intensiteit verandert in de loop van de tijd, wat betekent dat het constant is.
“Het zwarte gat wordt verondersteld uit te stralen als een zwart lichaam, en het is in feite een warm, stabiel uitstralend object InfraroodStudeer co-auteur Geoff Steinhower, universitair hoofddocent natuurkunde aan het Technion-Israel Institute of Technology, Hij zei in een verklaring “Hawking suggereerde dat zwarte gaten net als gewone sterren zijn, die constant een bepaald soort straling uitzenden. Dit is wat we wilden bevestigen in onze studie, en dat hebben we gedaan.”
Verwant: 12 vreemdste wezens in het universum
Gebeurtenishorizon
De zwaartekracht Een zwart gat is zo krachtig dat zelfs licht niet uit zijn greep kan ontsnappen, zodra het foton of lichtdeeltje het punt van geen terugkeer passeert, dat Gebeurtenishorizon Om aan deze grenzen te ontsnappen, moet een deeltje de wetten van de fysica overtreden en sneller reizen dan de snelheid van het licht.
Hawking toonde aan dat, hoewel niets aan de waarnemingshorizon kan ontsnappen, zwarte gaten toch automatisch licht kunnen uitzenden vanaf de grenzen, dankzij de kwantummechanica en iets dat ‘virtuele deeltjes’ wordt genoemd.
Zoals uitgelegd door Heisenberg Het onzekerheidsprincipeZelfs de hele leegte van de ruimte wemelt van paren “virtuele” deeltjes die verschijnen en verdwijnen uit het bestaan. Gewoonlijk vernietigen deze passerende deeltjes met tegengestelde energieën elkaar vrijwel onmiddellijk. Maar vanwege de intense zwaartekracht aan de waarnemingshorizon, suggereerde Hawking dat fotonenparen konden worden gescheiden, zodat een zwart gat het ene deeltje zou absorberen en het andere de ruimte in zou ontsnappen. Het geabsorbeerde foton heeft negatieve energie en geeft energie in de vorm van massa af vanuit het zwarte gat, terwijl het ontsnappende foton Hawking-straling wordt. Alleen al hieruit zou, gegeven voldoende tijd (veel langer dan de levensduur van het universum), een zwart gat volledig kunnen verdampen.
Hawking’s theorie was revolutionair omdat hij de fysica van de kwantumveldentheorie in het algemeen combineerde RelativiteitEinsteins theorie die beschrijft hoe materie wordt vervormd Vrije tijdSteinhauer vertelde WordsSideKick.com. “Het helpt mensen nog steeds bij het zoeken naar nieuwe natuurkundige wetten door de combinatie van deze twee theorieën in een fysiek voorbeeld te bestuderen. Mensen willen deze kwantumstraling verifiëren, maar het is erg moeilijk om een echt zwart gat te hebben omdat de Hawking-straling zo zwak is. vergeleken met de achtergrondstraling van de ruimte. “.
Dit probleem inspireerde Steinhower en zijn collega’s om hun eigen zwarte gat te creëren – dat veel veiliger en kleiner is dan echte gaten.
DIY zwart gat
Het zwarte gat van het laboratorium van de onderzoekers werd gevormd uit een stromend gas van ongeveer 8.000 Rubidium De atomen werden afgekoeld tot bijna het absolute nulpunt en op hun plaats gehouden door een laserstraal. Ze hebben een mysterieuze toestand voor materie gecreëerd, bekend als Bose-Einstein-condensator (BEC), waardoor duizenden atomen kunnen samenwerken alsof ze één zijn maïs
Met behulp van een tweede laserstraal creëerde het team een hellingbaan Potentiële energie, Waardoor het gas als een stroom water door een waterval stroomt, waardoor een waarnemingshorizon ontstaat waar de helft van het gas sneller stroomt dan De snelheid van geluid, De andere helft is langzamer. In dit experiment zocht het team naar paren fononen, of kwantumgeluidsgolven, in plaats van paren fotonen, die spontaan in het gas ontstaan.
Steinhower legde uit dat de fonon in de langzamere helft tegen de gasstroom in kan bewegen, weg van de helling, terwijl de fonon in de snellere helft vast komt te zitten met de snelheid van het supersonische stromende gas. ‘Het is alsof je sneller tegen een stroom in probeert te zwemmen dan dat je kunt zwemmen. [That’s] Net alsof je in een zwart gat zit, is het onmogelijk om de horizon te bereiken als je eenmaal binnenkomt. “
Zodra deze fononparen waren gevonden, moesten de onderzoekers bevestigen of ze met elkaar verbonden waren en of de Hawking-straling constant bleef in de tijd (als dat zo was). Dit proces was moeilijk omdat elke keer dat ze een afbeelding van een zwart gat maken, het wordt vernietigd door de hitte die door het proces wordt gegenereerd. Dus het team herhaalde hun experiment 97.000 keer, en het kostte meer dan 124 dagen aan continue metingen om de correlaties te vinden. Uiteindelijk heeft hun geduld zijn vruchten afgeworpen.
“We hebben aangetoond dat Hawking-straling constant was, wat betekent dat het niet in de loop van de tijd veranderde, en dat is precies wat Hawking voorspelde,” zei Steinhower.
Onderzoekers hebben hun bevindingen op 4 januari in het tijdschrift gepubliceerd Natuurfysica
Oorspronkelijk gepubliceerd op WordsSideKick.com.
“Reisliefhebber. Onruststoker. Popcultuurfanaat. Kan niet typen met bokshandschoenen aan.”