يحاكي الفيزيائيون ثقبًا أسودًا في المختبر، ثم يبدأ في التوهج: تنبيه العلم

يمكن لنظير الثقب الأسود نظريًا أن يقول شيئًا أو اثنين عن الإشعاع بعيد المنال المنبعث من الجسم الحقيقي.

باستخدام سلسلة من الذرات في ملف واحد لمحاكاة أفق الحدث للثقب الأسود، لاحظ فريق من الفيزيائيين في عام 2022 ما يعادل ما نسميه إشعاع هوكينج – وهي جسيمات تتولد من اضطرابات في التقلبات الكمومية الناجمة عن تفكك الثقب الأسود. وقت فراغ.

ويقولون إن هذا سيساعد في حل التوتر بين إطارين غير قابلين للتوفيق حاليًا لوصف الكون: النسبية العامة، التي تصف سلوك الجاذبية كمجال مستمر يسمى الزمكان؛ وميكانيكا الكم، التي تصف سلوك الجسيمات الفردية باستخدام رياضيات الاحتمال.

من أجل نظرية موحدة قابلة للتطبيق عالميًا للجاذبية الكمية، يجب أن تجد هاتان النظريتان المتباينتان طريقة للالتقاء بطريقة أو بأخرى.

هذا هو المكان الذي تظهر فيه الثقوب السوداء في الصورة، وربما تكون أغرب الأجسام وأكثرها كثافة في الكون. هذه الأجسام الضخمة كثيفة للغاية لدرجة أنه على مسافة معينة من مركز كتلة الثقب الأسود، لا توجد سرعة كافية في الكون للهروب. ولا حتى سرعة الضوء.

تلك المسافة، يختلف اعتمادًا على كتلة الثقب الأسود، يُسمى بأفق الحدث. بمجرد أن يعبر جسم ما حدوده، لا يمكننا إلا أن نتخيل ما يحدث لأنه لا يتم إرجاع أي معلومات مهمة حول مصيره. لكن في عام 1974، اقترح ستيفن هوكينج أن تداخل التقلبات الكمومية الناتجة عن أفق الحدث يؤدي إلى نوع من الإشعاع يشبه إلى حد كبير الإشعاع الحراري.

إذا كان إشعاع هوكينج موجودًا، فهو خافت جدًا بحيث لا يمكننا اكتشافه بعد. ولن نفصله أبدًا عن مستوى الضوضاء في الكون. ولكن يمكننا استكشاف خصائصه من خلال إنشاء نظائرها للثقب الأسود في إعدادات المختبر.

لقد تم القيام بذلك من قبل، ولكن في نوفمبر 2022، جرب فريق بقيادة لوتي ميرتنز من جامعة أمستردام في هولندا شيئًا جديدًا.

تعمل سلسلة الذرات أحادية البعد كمسار “تقفز” الإلكترونات من حالة إلى أخرى. من خلال تسهيل حدوث هذا القفز، يمكن للفيزيائيين جعل بعض الخصائص تختفي، مما يخلق بشكل فعال نوعًا من أفق الحدث الذي يتداخل مع الطبيعة الموجية للإلكترونات.

وقال الفريق إن تأثير أفق الحدث الزائف هذا أنتج ارتفاعًا في درجة الحرارة يتوافق مع التوقعات النظرية لنظام ثقب أسود مكافئ. ولكن فقط عندما يمتد جزء من السلسلة إلى ما وراء أفق الحدث.

وهذا من شأنه أن يمثل تشابك الجسيمات في أفق الحدث لإنتاج إشعاع هوكينج.

كان إشعاع هوكينج المُحاكى ساخنًا فقط في نطاق معين من سعات هوب، وفي ظل عمليات المحاكاة من خلال عكس نوع من الزمكان الذي يُفترض أنه “مسطح”. يشير هذا إلى أن إشعاع هوكينج لا يمكن أن يكون ساخنًا إلا في ظل مجموعة من الظروف، وفقط إذا كان هناك تغيير في اعوجاج الزمكان بسبب الجاذبية.

ليس من الواضح ما يعنيه هذا بالنسبة للجاذبية الكمية، لكن النموذج يوفر طريقة لدراسة أصل إشعاع هوكينج في بيئة لا تتأثر بالديناميكيات البرية لتكوين الثقب الأسود. وقال الباحثون أيضًا إنه نظرًا لبساطته الشديدة، فإنه يمكن أن يعمل في نطاق واسع من الإعدادات التجريبية.

“هذا يفتح مساحة لاستكشاف السمات الأساسية لميكانيكا الكم مع الجاذبية والزمكان المنحني في أنظمة المادة المكثفة المختلفة.” وكتب الباحثون.

نشرت في الأطروحة بحث في الفيزياء.

نُشرت نسخة من هذه المقالة في الأصل في نوفمبر 2022.