Empire
Antarë i Respektuar
Në vitin 1974, Stephen Hawking Publikoj teorin për vendet më të errëta të gravitacionit të universit, vrimat e zeza, nuk ishin gëlltitësit e yjeve të zinjve të zi që imagjinonin astronomët, por ato lëshuan spontanisht dritë - një fenomen që tani quhet rrezatimi Hawking.
Problemi është, se asnjë astronom nuk ka vëzhguar kurrë rrezatimin misterioz të Hawking, dhe për shkak se parashikohet të jetë shumë i zbehtë, ata mund të mos e shohin kurrë. Kjo është arsyeja pse shkencëtarët sot po krijojnë vrimat e tyre të zeza.
Shiko fotografinë 1778015
Studiuesit në Institutin e Teknologjisë Technion-Israel e bënë pikërisht këtë. Ata krijuan një analog të vrimës së zezë nga disa mijë atome. Ata po përpiqeshin të konfirmonin dy nga parashikimet më të rëndësishme të Hawking, se rrezatimi Hawking lind nga asgjëja dhe se nuk ndryshon në intensitet me kalimin e kohës, që do të thotë se është i palëvizshëm.
"Një vrimë e zezë supozohet të rrezatojë si një trup i zi, i cili është në thelb një objekt i ngrohtë që lëshon një rrezatim infra të kuq të vazhdueshëm," tha fizikanti bashkëautor i Jeff Steinhauer, një profesor i asociuar i fizikës në Technion-Israel Institute of Technology "Hawking sugjeroi që vrimat e zeza janë njësoj si yjet e rregullt, të cilët rrezatojnë një lloj të caktuar rrezatimi gjatë gjithë kohës, vazhdimisht. Kjo është ajo që donim të konfirmonim në studimin tonë, dhe e bëmë."
Horizonti i ngjarjes
Graviteti i një vrime të zezë është aq i fuqishëm sa as drita nuk mund t'i shpëtojë kapjes së saj, sapo një foton, ose grimcë drite, të kalojë përtej pikës së saj të kthimit, të quajtur horizont i ngjarjes. Për t'i shpëtuar këtij kufiri, një grimcë do të duhet të thyejë ligjet e fizikës dhe të udhëtojë më shpejt se shpejtësia e dritës.
Shiko fotografinë 1778016
Hawking tregoi se megjithëse asgjë që kapërcen horizontin e ngjarjes nuk mund të shpëtojë, vrimat e zeza përsëri mund të lëshojnë spontanisht dritë nga kufiri, falë mekanikës kuantike dhe diçkaje të quajtur "grimcat virtuale".
Siç shpjegohet nga parimi i pasigurisë së Heisenbergut, edhe vakumi i plotë i hapësirës mbushet me çifte grimcash 'virtuale' që shfaqen brenda dhe jashtë ekzistencës. Këto grimca kalimtare me energji të kundërta zakonisht asgjësojnë njëra-tjetrën pothuajse menjëherë. Por për shkak të tërheqjes ekstreme të gravitacionit në një horizont të ngjarjes, Hawking sugjeroi që çiftet e fotoneve mund të ndahen, me njërën grimcë që absorbohet nga vrima e zezë dhe tjetra arratiset në hapësirë. Fotoni i thithur ka energji negative dhe zbret energjinë në formën e masës nga vrima e zezë, ndërsa fotoni i ikur bëhet rrezatimi Hawking. Vetëm nga kjo, duke pasur kohë të mjaftueshme (shumë më shumë se mosha e universit), një vrimë e zezë mund të avullojë plotësisht.
"Teoria e Hawking ishte revolucionare sepse ai ndërthuri fizikën e teorisë së fushës kuantike me relativitetin e përgjithshëm", teoria e Ajnshtajnit që përshkruan se si materia prish hapësirë-kohën, tha Steinhauer ne Live Science. "Ende po i ndihmon njerëzit të kërkojnë ligje të reja të fizikës duke studiuar kombinimin e këtyre dy teorive në një shembull fizik. Njerëzit do të dëshironin të verifikonin këtë rrezatim kuantik, por është shumë e vështirë me një vrimë të zezë të vërtetë sepse rrezatimi Hawking është aq i dobët krahasuar në rrezatimin e sfondit të hapësirës ".
Ky problem frymëzoi Steinhauer dhe kolegët e tij për të krijuar vrimën e tyre të zezë
Vrima e zezë DIY
Vrima e zezë e rritur në laborator te studiuesve ishte bërë nga një gaz që rrjedh afërsisht 8,000 atome rubidiumi të ftohur në gati zero absolute dhe të mbajtur në vend nga një rreze lazer. Ata krijuan një gjendje misterioze të materies, të njohur si një Kondensat Bose-Einstein (BEC), e cila lejon mijëra atome të veprojnë së bashku në unison sikur të ishin një atom i vetëm.
Duke përdorur një rreze të dytë lazer, ekipi krijoi një shkëmb të energjisë potenciale, e cila bëri që gazi të rrjedhë si uji që vërshon në një ujëvarë, duke krijuar kështu një horizont ngjarjeje ku gjysma e gazit rrjedh më shpejt se shpejtësia e zërit, tjetra gjysmë më ngadalë. Në këtë eksperiment, ekipi ishte në kërkim të çifteve të fononeve, ose valëve të tingujve kuantikë, në vend të çifteve të fotoneve, që formohen spontanisht në gaz.
Një fonon ne gjysmen e ngadalte mund të udhëtonte kundër rrjedhës së gazit, larg shkëmbit, ndërsa fononi në gjysmën më të shpejtë u bllokua nga shpejtësia e gazit supersonik që rrjedh, shpjegoi Steinhauer. "eshtë si të përpiqesh të notosh kundër një rryme që është më shpejt sesa mund të notosh. [Kjo] ashtu si të jesh në një vrimë të zezë, sapo të jesh brenda, është e pamundur të arrish horizontin."
Sapo gjetën këto çifte fononi, studiuesit duhej të konfirmonin nëse ishin të ndërlidhur dhe nëse rrezatimi Hawking mbeti konstant me kalimin e kohës (nëse ishte i palëvizshëm). Ky proces ishte i ndërlikuar sepse sa herë që ata bënin një fotografi të vrimës së tyre të zezë, ajo shkatërrohej nga nxehtësia e krijuar në proces. Kështu që ekipi përsëriti eksperimentin e tyre 97,000 herë, duke marrë më shumë se 124 ditë matje të vazhdueshme për të gjetur korrelacionet. Në fund, durimi i tyre u dha.
"Ne treguam se rrezatimi Hawking ishte i palëvizshëm, që do të thotë se nuk ndryshoi me kohën, e cila është saktësisht ajo që parashikoi Hawking," tha Steinhauer.
Studiuesit detajuan gjetjet e tyre më 4 janar në revistën Nature Physics.
Problemi është, se asnjë astronom nuk ka vëzhguar kurrë rrezatimin misterioz të Hawking, dhe për shkak se parashikohet të jetë shumë i zbehtë, ata mund të mos e shohin kurrë. Kjo është arsyeja pse shkencëtarët sot po krijojnë vrimat e tyre të zeza.
Shiko fotografinë 1778015
Studiuesit në Institutin e Teknologjisë Technion-Israel e bënë pikërisht këtë. Ata krijuan një analog të vrimës së zezë nga disa mijë atome. Ata po përpiqeshin të konfirmonin dy nga parashikimet më të rëndësishme të Hawking, se rrezatimi Hawking lind nga asgjëja dhe se nuk ndryshon në intensitet me kalimin e kohës, që do të thotë se është i palëvizshëm.
"Një vrimë e zezë supozohet të rrezatojë si një trup i zi, i cili është në thelb një objekt i ngrohtë që lëshon një rrezatim infra të kuq të vazhdueshëm," tha fizikanti bashkëautor i Jeff Steinhauer, një profesor i asociuar i fizikës në Technion-Israel Institute of Technology "Hawking sugjeroi që vrimat e zeza janë njësoj si yjet e rregullt, të cilët rrezatojnë një lloj të caktuar rrezatimi gjatë gjithë kohës, vazhdimisht. Kjo është ajo që donim të konfirmonim në studimin tonë, dhe e bëmë."
Horizonti i ngjarjes
Graviteti i një vrime të zezë është aq i fuqishëm sa as drita nuk mund t'i shpëtojë kapjes së saj, sapo një foton, ose grimcë drite, të kalojë përtej pikës së saj të kthimit, të quajtur horizont i ngjarjes. Për t'i shpëtuar këtij kufiri, një grimcë do të duhet të thyejë ligjet e fizikës dhe të udhëtojë më shpejt se shpejtësia e dritës.
Shiko fotografinë 1778016
Hawking tregoi se megjithëse asgjë që kapërcen horizontin e ngjarjes nuk mund të shpëtojë, vrimat e zeza përsëri mund të lëshojnë spontanisht dritë nga kufiri, falë mekanikës kuantike dhe diçkaje të quajtur "grimcat virtuale".
Siç shpjegohet nga parimi i pasigurisë së Heisenbergut, edhe vakumi i plotë i hapësirës mbushet me çifte grimcash 'virtuale' që shfaqen brenda dhe jashtë ekzistencës. Këto grimca kalimtare me energji të kundërta zakonisht asgjësojnë njëra-tjetrën pothuajse menjëherë. Por për shkak të tërheqjes ekstreme të gravitacionit në një horizont të ngjarjes, Hawking sugjeroi që çiftet e fotoneve mund të ndahen, me njërën grimcë që absorbohet nga vrima e zezë dhe tjetra arratiset në hapësirë. Fotoni i thithur ka energji negative dhe zbret energjinë në formën e masës nga vrima e zezë, ndërsa fotoni i ikur bëhet rrezatimi Hawking. Vetëm nga kjo, duke pasur kohë të mjaftueshme (shumë më shumë se mosha e universit), një vrimë e zezë mund të avullojë plotësisht.
"Teoria e Hawking ishte revolucionare sepse ai ndërthuri fizikën e teorisë së fushës kuantike me relativitetin e përgjithshëm", teoria e Ajnshtajnit që përshkruan se si materia prish hapësirë-kohën, tha Steinhauer ne Live Science. "Ende po i ndihmon njerëzit të kërkojnë ligje të reja të fizikës duke studiuar kombinimin e këtyre dy teorive në një shembull fizik. Njerëzit do të dëshironin të verifikonin këtë rrezatim kuantik, por është shumë e vështirë me një vrimë të zezë të vërtetë sepse rrezatimi Hawking është aq i dobët krahasuar në rrezatimin e sfondit të hapësirës ".
Ky problem frymëzoi Steinhauer dhe kolegët e tij për të krijuar vrimën e tyre të zezë
Vrima e zezë DIY
Vrima e zezë e rritur në laborator te studiuesve ishte bërë nga një gaz që rrjedh afërsisht 8,000 atome rubidiumi të ftohur në gati zero absolute dhe të mbajtur në vend nga një rreze lazer. Ata krijuan një gjendje misterioze të materies, të njohur si një Kondensat Bose-Einstein (BEC), e cila lejon mijëra atome të veprojnë së bashku në unison sikur të ishin një atom i vetëm.
Duke përdorur një rreze të dytë lazer, ekipi krijoi një shkëmb të energjisë potenciale, e cila bëri që gazi të rrjedhë si uji që vërshon në një ujëvarë, duke krijuar kështu një horizont ngjarjeje ku gjysma e gazit rrjedh më shpejt se shpejtësia e zërit, tjetra gjysmë më ngadalë. Në këtë eksperiment, ekipi ishte në kërkim të çifteve të fononeve, ose valëve të tingujve kuantikë, në vend të çifteve të fotoneve, që formohen spontanisht në gaz.
Një fonon ne gjysmen e ngadalte mund të udhëtonte kundër rrjedhës së gazit, larg shkëmbit, ndërsa fononi në gjysmën më të shpejtë u bllokua nga shpejtësia e gazit supersonik që rrjedh, shpjegoi Steinhauer. "eshtë si të përpiqesh të notosh kundër një rryme që është më shpejt sesa mund të notosh. [Kjo] ashtu si të jesh në një vrimë të zezë, sapo të jesh brenda, është e pamundur të arrish horizontin."
Sapo gjetën këto çifte fononi, studiuesit duhej të konfirmonin nëse ishin të ndërlidhur dhe nëse rrezatimi Hawking mbeti konstant me kalimin e kohës (nëse ishte i palëvizshëm). Ky proces ishte i ndërlikuar sepse sa herë që ata bënin një fotografi të vrimës së tyre të zezë, ajo shkatërrohej nga nxehtësia e krijuar në proces. Kështu që ekipi përsëriti eksperimentin e tyre 97,000 herë, duke marrë më shumë se 124 ditë matje të vazhdueshme për të gjetur korrelacionet. Në fund, durimi i tyre u dha.
"Ne treguam se rrezatimi Hawking ishte i palëvizshëm, që do të thotë se nuk ndryshoi me kohën, e cila është saktësisht ajo që parashikoi Hawking," tha Steinhauer.
Studiuesit detajuan gjetjet e tyre më 4 janar në revistën Nature Physics.