Ερευνητές από το Πανεπιστήμιο του Paderborn, σε συνεργασία με το Weizmann Institute of Science στο Ισραήλ και το Cinvestav στο Μεξικό, παρουσίασαν νέα ευρήματα που βελτιώνουν σημαντικά την κατανόηση της ακτινοβολίας Hawking, ενός από τα πιο διάσημα θεωρητικά φαινόμενα της σύγχρονης φυσικής.
Χρησιμοποιώντας ένα εργαστηριακό οπτικό σύστημα που προσομοιώνει τη συμπεριφορά μιας μαύρης τρύπας, κατάφεραν να αποκαλύψουν έναν πολύ πιο απλό μηχανισμό δημιουργίας της ακτινοβολίας από αυτόν που θεωρούνταν μέχρι σήμερα.
Η έρευνα δημοσιεύθηκε στο επιστημονικό περιοδικό «Nature».
Το μυστήριο της ακτινοβολίας Hawking
Το 1974 ο Στίβεν Χόκινγκ προέβλεψε θεωρητικά ότι οι μαύρες τρύπες δεν απορροφούν μόνο ύλη και ενέργεια, αλλά εκπέμπουν και μια εξαιρετικά ασθενή μορφή ακτινοβολίας. Η λεγόμενη ακτινοβολία Hawking προκύπτει από κβαντικά φαινόμενα κοντά στον ορίζοντα γεγονότων και, θεωρητικά, οδηγεί στη σταδιακή απώλεια μάζας των μαύρων τρυπών.
Ωστόσο, η ακτινοβολία αυτή δεν έχει ποτέ παρατηρηθεί άμεσα στο Διάστημα, καθώς είναι εξαιρετικά ασθενής. Για τον λόγο αυτό οι επιστήμονες χρησιμοποιούν εργαστηριακά «ανάλογα» συστήματα που μιμούνται τις φυσικές συνθήκες γύρω από μια μαύρη τρύπα.
Ένας απλούστερος μηχανισμός δημιουργίας
Μέχρι σήμερα οι θεωρητικές προσεγγίσεις περιέγραφαν την παραγωγή της ακτινοβολίας Hawking ως μια πολύπλοκη αλληλουχία διαδοχικών κβαντικών διεργασιών. Η νέα μελέτη, όμως, δείχνει ότι η ακτινοβολία μπορεί να δημιουργείται μέσω μιας πολύ πιο άμεσης διαδικασίας.
Οι ερευνητές χρησιμοποίησαν ένα σύστημα οπτικών ινών που λειτουργεί ως ανάλογο του ορίζοντα γεγονότων και ανέπτυξαν ένα νέο θεωρητικό μοντέλο, το οποίο συμφωνεί με τα πειραματικά δεδομένα. Σύμφωνα με τα αποτελέσματα, η παραγωγή της ακτινοβολίας δεν απαιτεί τον πολύπλοκο μηχανισμό που θεωρούνταν απαραίτητος μέχρι σήμερα.
Η ακτινοβολία επηρεάζει το ίδιο το σύστημα
Ένα ακόμη σημαντικό εύρημα της μελέτης είναι ότι η ακτινοβολία Hawking δεν αποτελεί απλώς ένα παθητικό προϊόν του συστήματος. Οι επιστήμονες διαπίστωσαν πειραματικά ότι η εκπεμπόμενη ακτινοβολία αλληλεπιδρά με το ίδιο το περιβάλλον που τη δημιουργεί, ένα φαινόμενο γνωστό ως «ανάδραση».
Η αλληλεπίδραση αυτή θεωρείται ιδιαίτερα σημαντική, καθώς μπορεί να βοηθήσει τους φυσικούς να κατανοήσουν καλύτερα τον τρόπο με τον οποίο οι μαύρες τρύπες διατηρούν ή χάνουν τη μάζα τους με την πάροδο του χρόνου.
Νέες προοπτικές για την κβαντική βαρύτητα
Οι ερευνητές εκτιμούν ότι τα αποτελέσματα της εργασίας τους μπορούν να προσφέρουν πολύτιμες πληροφορίες για τη σχέση ανάμεσα στην κβαντική μηχανική, τη θερμοδυναμική και τη βαρύτητα. Παρότι η άμεση παρατήρηση της ακτινοβολίας Hawking στο Σύμπαν παραμένει εξαιρετικά δύσκολη, τα εργαστηριακά ανάλογα επιτρέπουν τη μελέτη φαινομένων που διαφορετικά θα ήταν πρακτικά αδύνατο να εξεταστούν.
Η νέα θεωρητική προσέγγιση ενδέχεται να εφαρμοστεί και σε άλλα ανάλογα συστήματα, ενώ μακροπρόθεσμα θα μπορούσε να συμβάλει στην καλύτερη κατανόηση της κβαντικής φύσης της βαρύτητας και της συμπεριφοράς των μαύρων τρυπών.
