Tiến sĩ Stephen Hawking đã đưa ra một lý thuyết đáng lo ngại vào năm 1974, tuyên bố rằng các lỗ đen bốc hơi. Bây giờ, 40 năm sau, một nhà nghiên cứu đã tuyên bố tạo ra một mô phỏng bức xạ Hawking trong môi trường phòng thí nghiệm.
Khả năng của một lỗ đen xuất phát từ lý thuyết Thuyết tương đối rộng của Einstein. Karl Schwarzchild vào năm 1916 là người đầu tiên nhận ra khả năng của một điểm kỳ dị hấp dẫn với một ranh giới bao quanh nó mà ánh sáng hoặc vật chất đi vào không thể thoát ra.
Tháng này, Jeff Steinhauer từ Technion - Viện Công nghệ Israel, đã mô tả trong bài báo của mình, Quan sát bức xạ Hawking tự khuếch đại trong một tia laser lỗ đen tương tự trên tạp chí Nature, cách ông tạo ra một chân trời sự kiện tương tự bằng cách sử dụng một chất làm mát đến mức gần như tuyệt đối và sử dụng tia laser có thể phát hiện sự phát xạ của bức xạ Hawking. Đây có thể là bằng chứng hợp lệ đầu tiên về sự tồn tại của bức xạ Hawking và do đó phong ấn số phận của tất cả các lỗ đen?
Đây không phải là nỗ lực đầu tiên trong việc tạo ra một chất tương tự bức xạ Hawking trong phòng thí nghiệm. Năm 2010, một chất tương tự đã được tạo ra từ một khối thủy tinh, laser, gương và máy dò lạnh (Phys. Rev. Letter, tháng 9 năm 2010); không có khói kèm theo gương. Xung cực ngắn của ánh sáng laser cực mạnh đi qua kính tạo ra nhiễu loạn chiết suất (RIP) có chức năng như một chân trời sự kiện. Ánh sáng được nhìn thấy phát ra từ RIP. Tuy nhiên, kết quả của F. Belgiorno et al. vẫn còn gây tranh cãi. Nhiều thí nghiệm vẫn được bảo hành.
Nỗ lực mới nhất trong việc tái tạo bức xạ Hawking của Steinhauer có một cách tiếp cận công nghệ cao hơn. Anh ta tạo ra một ngưng tụ Bose-Einstein, một trạng thái vật chất kỳ lạ ở nhiệt độ gần như tuyệt đối. Ranh giới được tạo trong phạm vi ngưng tụ có chức năng như một chân trời sự kiện. Tuy nhiên, trước khi đi sâu vào chi tiết, chúng ta hãy lùi lại một bước và xem xét những gì Steinhauer và những người khác đang cố gắng tái tạo.
Công thức chế tạo bức xạ Hawking bắt đầu bằng một lỗ đen. Bất kỳ kích thước lỗ đen sẽ làm. Lý thuyết Hawking, nói rằng các lỗ đen nhỏ hơn sẽ tỏa ra nhanh hơn các lỗ lớn hơn và trong trường hợp không có vật chất rơi vào chúng - sự bồi đắp, sẽ làm bay hơi nhanh hơn nhiều. Các lỗ đen khổng lồ có thể mất nhiều thời gian hơn một triệu lần so với tuổi hiện tại của Vũ trụ để bốc hơi bằng bức xạ Hawking. Giống như một chiếc lốp xe bị rò rỉ chậm, hầu hết các lỗ đen sẽ đưa bạn đến trạm sửa chữa gần nhất.
Vì vậy, bạn có một lỗ đen. Nó có một chân trời sự kiện. Đường chân trời này còn được gọi là bán kính Schwarzchild; ánh sáng hoặc vật chất kiểm tra vào chân trời sự kiện không bao giờ có thể kiểm tra. Hoặc vì vậy, đây là sự hiểu biết được chấp nhận cho đến khi lý thuyết của Tiến sĩ Hawking lên tiếng. Và bên ngoài chân trời sự kiện là không gian bình thường với một số cảnh báo; xem xét nó với một số gia vị thêm vào. Ở chân trời sự kiện, lực hấp dẫn từ lỗ đen cực đoan đến mức gây ra và phóng đại các hiệu ứng lượng tử.
Tất cả không gian - trong chúng ta và xung quanh chúng ta đến tận cùng của Vũ trụ bao gồm một khoảng trống lượng tử. Ở mọi nơi trong không gian lượng tử chân không, các cặp hạt ảo đang xuất hiện và biến mất; ngay lập tức tiêu diệt lẫn nhau trên quy mô thời gian cực ngắn. Với các điều kiện khắc nghiệt ở chân trời sự kiện, các cặp hạt ảo và hạt chống, chẳng hạn như, một electron và positron, đang thành hiện thực. Những hạt xuất hiện đủ gần với một chân trời sự kiện có thể có một hoặc một hạt ảo khác bị phá hủy bởi trọng lực của lỗ đen chỉ để lại một hạt mà giờ đây có thể tự do thêm vào bức xạ phát ra từ xung quanh lỗ đen; bức xạ mà nói chung là những gì các nhà thiên văn học có thể sử dụng để phát hiện sự hiện diện của lỗ đen nhưng không quan sát trực tiếp nó. Nó là không ghép đôi của các hạt ảo bởi lỗ đen ở chân trời sự kiện của nó gây ra bức xạ Hawking mà chính nó thể hiện sự mất khối lượng ròng từ lỗ đen.
Vậy tại sao các nhà thiên văn học don don chỉ tìm kiếm trong không gian bức xạ Hawking? Vấn đề là bức xạ rất yếu và bị áp đảo bởi bức xạ được tạo ra bởi nhiều quá trình vật lý khác xung quanh lỗ đen với một đĩa bồi tụ. Bức xạ bị nhấn chìm bởi điệp khúc của các quá trình năng lượng. Vì vậy, khả năng ngay lập tức nhất là tái tạo bức xạ Hawking bằng cách sử dụng một chất tương tự. Trong khi bức xạ Hawking yếu so với khối lượng và năng lượng của lỗ đen, thì bức xạ về cơ bản luôn luôn tồn tại trong vũ trụ để phá hủy cơ thể mẹ của nó.
Đây là nơi hội tụ của sự hiểu biết ngày càng tăng về các lỗ đen dẫn đến công việc tinh dịch học của Tiến sĩ Hawking. Các nhà lý thuyết bao gồm Hawking nhận ra rằng mặc dù lý thuyết Lượng tử và Trọng lực cần thiết để mô tả một lỗ đen, các lỗ đen cũng hành xử giống như các vật thể đen. Họ bị chi phối bởi nhiệt động lực học và là nô lệ của entropy. Việc sản xuất bức xạ Hawking có thể được mô tả như một quá trình nhiệt động lực học và đây là điều đưa chúng ta trở lại với các nhà thực nghiệm. Các quá trình nhiệt động khác có thể được sử dụng để tái tạo sự phát xạ của loại bức xạ này.
Sử dụng ngưng tụ Bose-Einstein trong một tàu, Steinhauer hướng các chùm tia laser vào trong ngưng tụ tinh tế để tạo ra một chân trời sự kiện. Hơn nữa, thí nghiệm của ông tạo ra các sóng âm thanh bị kẹt giữa hai ranh giới xác định chân trời sự kiện. Steinhauer nhận thấy rằng các sóng âm thanh ở chân trời sự kiện tương tự của mình được khuếch đại như xảy ra với ánh sáng trong một khoang laser thông thường nhưng cũng như dự đoán của lý thuyết về lỗ đen của Tiến sĩ Hawking. Ánh sáng thoát ra khỏi tia laser ở chân trời sự kiện tương tự. Steinhauer giải thích rằng ánh sáng thoát này đại diện cho bức xạ Hawking được tìm kiếm từ lâu.
Xuất bản công trình này trong Tự nhiên đã trải qua đánh giá ngang hàng đáng kể để được chấp nhận nhưng một mình nó không xác nhận những phát hiện của ông. Bây giờ công việc Steinhauer sẽ chịu được sự giám sát thậm chí còn lớn hơn. Những người khác sẽ cố gắng sao chép công việc của mình. Thiết lập phòng thí nghiệm của anh ấy là một tương tự và vẫn còn phải xác minh rằng những gì anh ấy đang quan sát thực sự đại diện cho bức xạ Hawking.
Người giới thiệu:
Quan sát của bức xạ Hawking tự khuếch đại trong laser lỗ đen tương tự, Vật lý tự nhiên, ngày 12 tháng 10 năm 2014
Phóng xạ Hawking từ Ultrashort Laser Xung Filaments, F. Bỉiorno, et al., Phys. Thư, tháng 9 năm 2010
Vụ nổ lỗ đen của Tep? Một, S. W. Hawking, et al., Nature, 01/03/1974
Cơ học lượng tử của các lỗ đen Đập, S. Hawking, Khoa học Mỹ, tháng 1/2017
