في عام 1974 ، قدم ستيفن هوكينج أحد أكثر تنبؤاته شهرة: أن الثقوب السوداء تتبخر تمامًا في النهاية.
وفقًا لنظرية هوكينج ، فإن الثقوب السوداء ليست "سوداء" تمامًا ، ولكنها في الواقع تنبعث منها جزيئات. يعتقد هوكينج أن هذا الإشعاع يمكن أن يمتص ما يكفي من الطاقة والكتلة بعيدًا عن الثقوب السوداء لجعلها تختفي. يُفترض أن النظرية صحيحة على نطاق واسع ولكن كان يعتقد في السابق أنه من المستحيل تقريبًا إثباتها.
وللمرة الأولى ، أظهر الفيزيائيون إشعاع هوكينج بعيد المنال - على الأقل في المختبر. على الرغم من أن إشعاع هوكينج ضعيف جدًا بحيث لا يمكن اكتشافه في الفضاء بواسطة أجهزتنا الحالية ، فقد رأى الفيزيائيون الآن هذا الإشعاع في تناظرية ثقب أسود تم إنشاؤه باستخدام موجات صوتية وبعض أغرب وأبرد مادة في الكون.
أزواج من الجسيمات
تمارس الثقوب السوداء قوة جاذبية قوية بشكل لا يصدق لدرجة أنه حتى الفوتون ، الذي يسافر بسرعة الضوء ، لا يمكنه الهروب. في حين يُعتقد عمومًا أن فراغ الفضاء فارغ ، فإن عدم اليقين في ميكانيكا الكم يفرض أن الفراغ يعج بدلاً من ذلك بجزيئات افتراضية تتدفق إلى الداخل والخروج في أزواج المادة المضادة. (جسيمات المادة المضادة لها نفس الكتلة مثل نظيراتها من المواد ، ولكن مقابل الشحنة الكهربائية.)
عادة ، بعد ظهور زوج من الجسيمات الافتراضية ، فإنها تقضي على بعضها البعض على الفور. ومع ذلك ، بجوار الثقب الأسود ، تقوم قوى الجاذبية القصوى بدفع الجسيمات إلى بعضها البعض ، مع امتصاص جسيم واحد بواسطة الثقب الأسود بينما ينطلق الآخر إلى الفضاء. يحتوي الجسيم الممتص على طاقة سلبية ، مما يقلل من طاقة وكتلة الثقب الأسود. ابتلع ما يكفي من هذه الجسيمات الافتراضية ، وفي النهاية يتبخر الثقب الأسود. يُعرف الجسيم الهارب باسم إشعاع هوكينج.
هذا الإشعاع ضعيف بما فيه الكفاية بحيث أنه من المستحيل بالنسبة لنا الآن مراقبته في الفضاء ، لكن علماء الفيزياء فكروا في طرق مبتكرة جدًا لقياسه في المختبر.
أفق حدث الشلال
استخدم الفيزيائي جيف شتاينهاور وزملاؤه في معهد التخنيون - إسرائيل للتكنولوجيا في حيفا غازًا شديد البرودة يسمى مكثفات بوز-آينشتاين لنمذجة أفق الحدث لثقب أسود ، الحدود غير المرئية التي لا يمكن لأي شيء أن يهرب منها. في تيار متدفق من هذا الغاز ، وضعوا جرفًا ، وخلقوا "شلالًا" من الغاز ؛ عندما يتدفق الغاز فوق الشلال ، حول طاقة كافية محتملة إلى طاقة حركية للتدفق بشكل أسرع من سرعة الصوت.
بدلا من المادة والجسيمات المضادة للمادة ، استخدم الباحثون أزواج من الفونونات ، أو الموجات الصوتية الكمومية ، في تدفق الغاز. يمكن للفونون الموجود على الجانب البطيء أن ينتقل ضد تدفق الغاز ، بعيدًا عن الشلال ، في حين أن الفونون الموجود على الجانب السريع لا يستطيع ، محاصرًا بـ "الثقب الأسود" للغاز الأسرع من الصوت.
قال شتاينهاور لـ Live Science: "يبدو الأمر كما لو كنت تحاول السباحة ضد تيار كان أسرع مما يمكنك السباحة". "ستشعر وكأنك تمضي قدمًا ، لكنك حقًا ستعود. وهذا مشابه لفوتون في ثقب أسود يحاول الخروج من الثقب الأسود ولكن يتم سحبه بواسطة الجاذبية بطريقة خاطئة."
تنبأ هوكينج بأن إشعاع الجسيمات المنبعثة سيكون في طيف مستمر من الأطوال الموجية والطاقات. وقال أيضًا إنه يمكن وصفه بدرجة حرارة واحدة تعتمد فقط على كتلة الثقب الأسود. أكدت التجربة الأخيرة كل من هذه التنبؤات في الثقب الأسود الصوتي.
وقال رينو بارينتاني ، الفيزيائي النظري في Laboratoire de Physique Théorique من جامعة باريس سود ، لـ Live Science ، إن "هذه التجارب هي جولة في القوة". يدرس بارينتاني أيضًا الثقوب السوداء التناظرية ولكن من زاوية نظرية ؛ لم يشارك في الدراسة الجديدة. "إنها تجربة دقيقة للغاية. من الناحية التجريبية ، يعد جيف بالفعل ، في الوقت الحالي ، الخبير الرائد عالميًا في استخدام الذرات الباردة لاستكشاف فيزياء الثقب الأسود".
وشدد بارينتاني ، مع ذلك ، على أن هذه الدراسة "خطوة واحدة على طول عملية طويلة". على وجه الخصوص ، لم تظهر هذه الدراسة أن أزواج الفونون مرتبطة على المستوى الكمي ، وهو جانب مهم آخر لتنبؤات هوكينج.
قال بارينتاني "ستستمر القصة". "إنها ليست النهاية على الإطلاق."
