بیگ بنگ: استیون هاوکینگ در سال 1974 یکی از مشهورترین پیش‌بینی‌های خود را مطرح کرد: سیاهچاله‌ ها سرانجام بطور کامل تبخیر می شوند. بر طبق نظریه هاوکینگ، سیاهچاله‌ها بطور کامل سیاه نیستند، بلکه در واقع ذراتی را ساطع می کنند. به باور هاوکینگ، این تابش میتواند جرم و انرژی کافی از سیاهچاله‌ها بگیرد تا آنها کاملا ناپدید شوند. طیف گسترده‌ای فرض را بر این گذاشتند که این فرضیه درست است، اما روزگاری اثبات آن غیرممکن تلقی می شد. اما فیزیکدانان برای نخستین‌بار “تابش هاوکینگ” را دستکم در آزمایشگاه نشان دادند.

به گزارش بیگ بنگ، اگرچه تابش هاوکینگ آنقدر ضعیف است که دستگاه‌های امروزی توان شناسایی آن را در فضا ندارند، اما حالا فیزیکدانان این تابش را در یک شبیه‌سازی سیاهچاله دیده‌اند که با استفاده از امواج صوتی و برخی از سردترین و عجیب‌ترین ماده در جهان ساخته بودند.

جفت ذرات

سیاهچاله‌ها آنقدر نیروی گرانشی قدرتمندی دارند که حتی یک فوتون (که با سرعت نور حرکت میکند) نیز توان گریز از چنگال آن را ندارد. اگرچه معمولا تصور بر این است خلاء موجود در فضا خالی و تهی است، اما عدم قطعیت مکانیک کوانتومی نشان میدهد که خلاء مملو از ذرات مجازی است که بصورت جفت ماده – پادماده به وجود آمده و از بین می روند. ذرات پادماده جرمی یکسان با همتای ماده‌شان دارند، اما از بار الکتریکی مخالفی بهره می برند. بطور عادی، پس از ظهور یک جفت ذره مجازی، آنها یکدیگر را از بین می برند.

اما در نزدیکی سیاهچاله، نیروهای شدید گرانش ذرات را از هم تفکیک می کند؛ یکی از ذرات را سیاهچاله جذب می کند و دیگری به فضا پرتاب می‌شود. ذره جذب شده انرژی منفی دارد که جرم و انرژی سیاهچاله را کاهش میدهد. اگر سیاهچاله به مقدار کافی این ذرات مجازی را ببلعد، سرانجام تبخیر میشود. ذره‌ای که موفق به گریز شده را تابش هاوکینگ نامگذاری کرده‌اند. این تابش به قدری ضعیف است که امکان مشاهده آن را در فضا نداریم، اما فیزیکدانان با روش‌های خلاقانه‌ای موفق به اندازه‌گیری آن در آزمایشگاه شده‌اند.

افق رویداد آبشار

فیزیکدان «جف اشتاینهور» و همکارانش در موسسه فناوری تکنیون در هیفای اسرائیل از گاز فوق‌العاده سردی به نام «چگال بوز-اینشتین» برای مدلسازی افق رویداد سیاهچاله استفاده کردند؛ افق رویداد به مرز نامرئی گفته می‌شود که هیچ چیز نمیتواند از آن بگریزد. در جریانی از گاز، تکه سنگی قرار داده شد تا آبشاری از گاز ایجاد کند. وقتی گاز بر فراز آبشار جریان پیدا کرد، انرژی پتانسیل را به انرژی جنبشی تبدیل کرد تا سریع‌تر از نور جریان پیدا کند. محققان به جای جفت ماده و پادماده از جفت فونون یا امواج صوتی کوانتومی در جریان گاز استفاده کردند. فونون در سمت آهسته توانست بر خلاف جریان گاز حرکت کند (به دور از آبشار)، در حالیکه فونون سمت راست موفق به این کار نشد و با سیاهچاله‌ای از گاز فراصوتی به دام افتاد.

محققان گفتند: «مثل این است که بخواهید مخالف جریانی شنا کنید که سرعت ِ آن بیشتر از سرعت شنا کردن‌تان باشد. احساس می کنید که به سمت جلو حرکت می کنید، اما حقیقت این است که حرکت شما رو به عقب است. و این مشابهِ فونونی است که در سیاهچاله قرار دارد و سعی می کند از آن بیرون بیاید، ولی گرانش آن را به مسیر اشتباه هدایت می کند.»

هاوکینگ پیش‌بینی کرد که تابشِ ذرات ساطع شده در طیف پیوسته طول موج‌ها و انرژی‌ها قرار دارد. او همچنین گفت که تابش را میتوان با دمایی توصیف کرد که تنها به جرم سیاهچاله وابسته است. آزمایش اخیر هر دوی این پیش‌بینی‌ها را در سیاهچاله تایید کردند. «رینود پارنتانی» فیزیکدان نظری در آزمایشگاه فیزیک نظری دانشگاه پاریس گفت: «این آزمایش‌ها نمایش استادی و زبردستی است. این آزمایش‌ها با دقت بالایی به انجام رسیده است. این مطالعه باید پیگیری شود و فرایندی طولانی در پیش داریم. مطالعه حاضر از ارتباط جفت فونون‌ها با سطح کوانتومی چیزی نشان نداد که میتواند بعنوان یکی دیگر از جنبه‌های نظریه هاوکینگ به بررسی برسد. این داستان ادامه خواهد یافت. این تمام ماجرا نیست.»

ترجمه: منصور نقی‌لو/ سایت علمی بیگ بنگ

منبع: livescience.com