سیاهچاله چطور همه چیز را می‌بلعد؟

فیزکدانان یک سیاهچاله را در آزمایشگاه شبیه‌سازی کردند و یک اتفاق عجیب رخ داد: سیاهچاله شروع به تابش کرد.

به گزارش همشهری آنلاین و به نقل از ساینس الرت، تیمی از فیزیکدانان در سال ۲۰۲۲ معادل چیزی را که ما تابش هاوکینگ می‌نامیم مشاهده کردند: ذرات ناشی از اختلالات در نوسانات کوانتومی ناشی از شکست سیاهچاله در فضا-زمان.

آن‌ها می‌گویند که این می‌تواند به حل تنش بین دو چارچوبِ در حال حاضر آشتی‌ناپذیر برای توصیف جهان کمک کند: یکی نظریه نسبیت عام، که رفتار گرانش را به عنوان یک میدان پیوسته به نام فضا-زمان توصیف می‌کند، و دیگری مکانیک کوانتومی که رفتار ذرات گسسته را با استفاده از ریاضیات احتمالات توصیف می‌کند.

برای رسیدن به تئوری یکپارچه گرانش کوانتومی که بتوان آن را به صورتی جهان‌شمول به کار برد، این دو نظریه غیرقابل امتزاج باید راهی پیدا کنند تا به نحوی با هم کنار بیایند. اینجاست که پای سیاهچاله‌ها به میان می‌آید: شاید عجیب‌ترین پدیده کیهانی که می‌شناسیم.

سیاهچاله‌های به قدری چگال هستند که در فاصله معینی از مرکز جرمشان، حتی نور هم با آن سرعت بالا قادر به گریز نیست. این فاصله که بسته به جرم سیاهچاله متغیر است، افق رویداد نامیده می‌شود. هنگامی که چیزی از این مرز عبور کند، فقط می‌توانیم اتفاقی را که می‌افتد تصور کنیم، زیرا دیگر هیچ کس از سرنوشت آن مطلع نخواهد شد. اما در سال ۱۹۷۴، استیون هاوکینگ پیشنهاد کرد که وقفه در نوسانات کوانتومی ناشی از افق رویداد، منجر به نوعی تابش، بسیار شبیه به تابش گرمایی می‌شود.

اگر این تشعشعات هاوکینگ وجود داشته باشد، آن‌قدر ضعیف است که ما هنوز نمی‌توانیم آن را در مقیاس کیهانی تشخیص دهیم، اما می‌توانیم خواص آن را با ایجاد آنالوگ‌های سیاه‌چاله در آزمایشگاه بررسی کنیم.

این کار قبلا انجام شده بود، اما در نوامبر ۲۰۲۲ تیمی به رهبری لوته مرتنز از دانشگاه آمستردام در هلند چیز جدیدی را امتحان کردند. در این آزمایش، یک زنجیره یک‌بعدی از اتم‌ها به عنوان مسیری برای الکترون‌ها برای «پرش» از یک موقعیت به موقعیت دیگر عمل می‌کرد. فیزیکدانان می‌توانند در چنین شرایطی، نوعی افق رویداد ایجاد کنند که با ماهیت موجی مانند الکترون‌ها تداخل داشته باشد.

به گفته این تیم تحقیقاتی، اثر این افق رویداد آزمایشگاهی، باعث افزایش دما شد که با انتظارات نظری از یک سیستم سیاه‌چاله معادل خود مطابقت داشت؛ اما تنها زمانی که بخشی از زنجیره فراتر از افق رویداد گسترش یابد. این می‌تواند به این معنا باشد که درهم‌تنیدگی ذراتی که در افق رویداد قرار دارند، در تولید تشعشعات هاوکینگ موثر است.

تشعشعات هاوکینگ شبیه‌سازی‌شده فقط برای طیف خاصی از دامنه‌های پرش حرارتی بود و با شبیه‌سازی‌هایی شروع شد که با تقلید از نوعی فضا-زمان «مسطح» در نظر گرفته می‌شد. این نشان می‌دهد که تابش هاوکینگ ممکن است فقط در محدوده‌ای از موقعیت‌ها و زمانی که تغییری در پیچ و تاب فضا-زمان به دلیل گرانش وجود دارد، تابش گرمایی باشد.

معلوم نیست که این برای گرانش کوانتومی چه معنایی دارد، اما این مدل راهی برای مطالعه ظهور تابش هاوکینگ در محیطی ارائه می‌کند که تحت تاثیر دینامیک تشکیل یک سیاه‌چاله نیست. به گفته محققان، از آنجایی که سیستم بسیار ساده است، می‌توان آن را در طیف وسیعی از مجموعه آزمایش‌ها به کار برد.

این تحقیق در «Physical Review Research» منتشر شده است.