بیگ بنگ: دانشمندان بتازگی یک قدم به سمت اثبات وجود «تابش هاوکینگ» گام برداشتند. با استفاده از یک آنالوگ فیبر نوری افق رویداد – یک مدل آزمایشگاهی از فیزیک سیاهچاله – محققان موسسۀ علوم ویزمن در ریهووت اسرائیل گزارش ‌دادند که یک تابش هاوکینگ شبیه‌سازی شده ساختند.

به گزارش بیگ بنگ، تحت فرمول‌بندی نسبیت عام، وجود سیاهچاله اجتناب‌ناپذیر است. وقتی چیزی از افق رویداد عبور کرده و وارد قلب سیاهچاله می‌شود، هیچ راه بازگشتی وجود ندارد. بنابراین، نیروی گرانشی سیاهچاله به حدی شدید است که حتی نور – سریعترین چیز در جهان – نیز نمی‌تواند از آن فرار کند. بنابراین، طبق نسبیت عام، سیاهچاله هیچ تابش الکترومغناطیسی را ساطع نمی‌کند. اما همانطور که استیون هاوکینگ جوان در سال 1974 نظریه‌پردازی کرد، وقتی مکانیک کوانتومی را به این مخلوط اضافه کنید، چیزی ساطع می‌شود.

این تابش الکترومغناطیسی نظری «تابش هاوکینگ» نامیده می‌شود و شبیه تابش جسم سیاه است که در اثر دمای سیاهچاله تولید شده و رابطۀ عکس با جرم دارد. این تابش به این معناست که سیاهچاله‌ها به آهستگی و به طور مستمر در طول عمر خود در حال تبخیر هستند اما بر اساس ریاضیات، این تابش به حدی کم نور است که با ابزار فعلی قابل تشخیص نیست.

بنابراین، محققان سعی دارند آن را در یک آزمایشگاه با استفاده از آنالوگ‌های سیاهچاله بازسازی کنند. می‌توان آنها را از چیزهایی که امواج را تولید کنند ساخت، مثل امواج صوتی و مایع را در یک مخزن خاص از چگالش بوز-اینشتین یا از نورِ موجود در فیبر نوری. فیزیکدان لئونهارت گفت: «تابش هاوکینگ پدیده‌ای کلی‌تر از آن چیزی است که تصور می‌شد. این تابش می‌تواند در هر زمانی که افق‌های رویداد ساخته شوند رخ دهد و به شکل اخترفیزیک یا برای نور در مواد نوری، امواج آبی یا اتم‌های به شدت سرد باشند.»

اینها به وضوح اثرات گرانشی یک سیاهچاله را بازسازی نمی‌کنند، اما ریاضیات آنها مشابه ِ ریاضیاتی است که سیاهچاله‌ها را طبق نسبیت عام توصیف می‌کند. این بار، روش انتخابیِ این تیم یک سیستم فیبر نوری بود که لئونهارت چند سال پیش آن را توسعه داده بود. فیبر نوری دارای ریزالگوهایی در درونش است و به عنوان یک مجرا عمل می کند. وقتی نور وارد فیبر می‌شود کمی کُند می‌شود. برای ساخت یک آنالوگ افق رویداد، دو پالس به شدت سریع با رنگ‌های متفاوت نور لیزر از فیبر عبور می‌کنند. اولین پالس با دومین پالس برخورد می‌کند و اثر افق رویداد را به وجود می‌آورد که بصورت تغییراتی در شاخص انکساری فیبر مشاهده می‌شود.

سپس این تیم از یک نور اضافی در این سیستم استفاده کرد که منجر به افزایش تابش با یک فرکانس منفی شد. به عبارت دیگر، نور «منفی» انرژی را از «افق رویداد» بیرون کشید – نشانه‌ای از تابش هاوکینگِ شبیه‌سازی شده است. در حالیکه این یافته‌ها بسیار جالب توجه بودند، هدف نهایی چنین تحقیقی مشاهدۀ تابش لحظه‌ای هاوکینگ است. انتشارِ شبیه‌سازی شده دقیقأ همان چیزی است که به نظر می‌رسد – انتشاری که به یک محرک الکترومغناطیسی خارجی نیاز دارد. در ضمن، تابش هاوکینگ ناشی از سیاهچاله می‌تواند تنوع لحظه‌ای داشته باشد، نه شبیه‌سازی شده.

مشکلات دیگری نیز با آزمایشات تابش هاوکینگِ شبیه‌سازی شده وجود دارد؛ مثلأ آنها به ندرت واضح هستند زیرا نمی‌توان شرایط افق رویداد را دقیقأ در آزمایشگاه شبیه‌سازی کرد. مثلأ با این آزمایش، نمی‌توان 100 درصد مطمئن بود که انتشار در اثر تقویت تابش نرمال ایجاد نشده، اگرچه لئونهارت و تیمش اطمینان دارند که آزمایششان واقعأ تابش هاوکینگ را ایجاد کرده است.

در هر صورت، این یک دستاورد خارق‌العاده است و یک اسرار دیگر را در دستان این تیم گذاشته است – آنها دریافتند که این نتیجه طبق انتظارشان نبوده است. لئونهارت گفت: «محاسبات عددی ما یک نور هاوکینگ قوی‌تر را نسبت به آنچه دیده بودیم پیش‌بینی می‌کند. تصمیم گرفتیم این مسئله را بعدأ بررسی نمایم، اما پذیرای شگفتی‌ها هستیم و بدترین انتقادهایمان را نگه می‌داریم.» این مقاله در مجله‌ Physical Review Letters منتشر شده است.

ترجمه: سحر الله وردی/ سایت علمی بیگ بنگ

منبع: sciencealert.com