توليد ثقب أسود داخل المختبر يثبت أخيرا وجود إشعاع هوكينج hawking radiation


نجدد الترحاب بزوار مدونتنا الأكارم، في موضوعنا اليوم سنلقي الضوء على قضية مهمة تتعلق بإثبات وجود إشعاع هوكينج ولكن قبل ذلك علينا أن نفهم بعض الأشياء المهمة كالفرق بين الثقب الأسود الحقيقي والثقب الأسود الصوتي وماذا يعني إشعاع هوكينغ.
إشعاع هوكينج
إشعاع هوكينج

الفرق بين الثقب الأسود الحقيقي والثقب الأسود الصوتي 

كلنا يعلم بأن الثقوب السوداء هو تجمع هائل للمادة المضغوطة في حيز مكاني ضيق للغاية، نتيجة تداخل جسيمات ذراتها وانعدام الفراغ البيني بين جسيماتها. هذا المجال الجذبي الهائل المتولد يمنع أي شيء من الإفلات منه بما في ذلك الضوء. فلو تحولت الأرض إلى ثقب أسود  مثلا فعليها أن تنكمش إلى كرة لا يتعدى قطرها 2 cm وكتلتها  هي نفس كتلة الأرض الحالية، وتنتج هذه الثقوب السوداء في الغالب نتيجة استنفاذ النجوم العملاقة لطاقتها وانهيارها تحت ضغط جاذبيتها .
أما الثقب الأسود الصوتي فيمكن احداثه داخل المختبر وذلك بتبريد الهليوم إلى درجة حرارة أكثر بقليل من الصفر المطلق (273.15 درجة سيلزيوس تحت الصفر)، ثم خفضها بسرعة، وبذلك تشكل حاجزاً لا يستطيع الصوت اختراقه. و تؤكد درجة الحرارة الباردة هذه على أن المائع، المعروف باسم تكاثف بوز-آينشتاين، يُقدم وسط صامت يسمح بمرور الموجات الصوتية التي تنشأ عن الاهتزازات الكمومية.

إشعاع هوكينغ hawking radiation

وهي النظرية التي أطلقها هوكينج قبل 40 عاما حينما أثبتت حساباته بأن كمية ضئيلة من الإشعاعات تتسرب من أفق حدث الثقب الأسود وبالتالي فالثقوب السوداء ليست سوداء تماما، وبإمكان المعلومات أن تتسرب منها.
والآن بعد أن أوضحنا بعض المفاهيم نرجع للتجربة التي قام بها، جيف شتاينهاور (Jeff Steinhauer) من معهد Technion الإسرائيلي للتكنولوجيا في حيفا، والتي تمكن من خلالها من توليد ثقوب سوداء صوتية داخل المختبر بعد أن قام بتبريد ذرات الروبيديوم إلى بضعة أجزاء من المليار من الدرجة فوق الصفر المطلق، وكما هو معلوم عند درجات حرارية كتلك تكون الذرات مرتبطة بشكلٍ ضعيف وتتصرف وكأنها جسم كمومي مائع ومفرد ولذلك يمكن التلاعب بها بسهولة.
وباستخدام أشعة الليزر تلاعب شتاينهاور بالسائل ليتدفق بسرعة تفوق سرعة الصوت؛ ويمكن تشبيه ذلك بسباح يصارع التيار المائي القوي، تتحرك الموجات الصوتية بعكس اتجاه السائل لتصبح محاصرة، ويتحول التكاثف إلى حالة تشابه أفق الحدث في الثقوب السوداء.
من أجل تضخيم هذه الموجات الصوتية إلى الدرجة التي تسمح برصدها، أضاف شتاينهاور أفق حدث صوتي آخر داخل الأول، وضبط الموجات الصوتية بحيث لا يمكنها المرور من أفق الحدث الثاني وبالتالي ترتد عنه؛ ومع قيام الموجات الصوتية مراراً وتكراراً بصدم الأفق الخارجي، فإن هذه العملية تخلق المزيد من الموجات الصوتية وتؤدي إلى تضخيم إشعاع هوكينغ إلى مستويات يمكن معها اكتشافه وملاحظته بدقة.
وكما تنبأ هوكينج، فإن أزواجاً من الفوتونات، أو حزماً من الطاقة الصوتية، ظهرت بشكل تلقائي عند أفق الحدث، ومن ثم انفصل كل زوج إلى قسمين، أحدهما اندفع خارجاً والآخر وقع عائداً إلى الثقب الأسود الصوتي. وهذا الانفصال ينسجم في مع توصيف الأزواج  في إشعاع هوكينج، حيث تقوم الجسيمات المترابطة بإفناء بعضها البعض، ما لم تنفصل إلى كلا جهتي أفق الحدث للثقب الأسود.

انفصال الجسيمات المترابطة عند أفق الحدث احداها اندفعت خارجاً والآخرى وقعت عائدة إلى الثقب الأسود


عقب عالم الفيزياء النظرية ويليام أونراخ (William Unruh)، من جامعة كولومبيا بألمانيا، على أنه حتى مع كون الإشعاع الصوتي لا يُمثل الحقيقة بشكلٍ مثالي إلا أنه "أقرب الأشياء التي أمكن لشخص ما الحصول عليها" من أجل الكشف عن إشعاع هوكينغ .  وفي الفيديو الموالي ستجدون يعض المعلومات عن تجربة Jeff Steinhauer


                                                                                     المصدر Scientific American Website

المقال التالي
« Prev Post
المقال السابق
المقال التالي »

ليست هناك تعليقات:

إرسال تعليق

أدخل إيميلك ليصلك جديدنا