Επιστήμονες από το Πανεπιστήμιο Paderborn, το Ινστιτούτο Επιστημών Weizmann στο Ισραήλ και το Cinvestav στο Μεξικό έκαναν ένα σημαντικό βήμα στην κατανόηση της ακτινοβολίας Hawking, αξιοποιώντας εργαστηριακά συστήματα που προσομοιώνουν τη συμπεριφορά των μαύρων τρυπών.
Η μελέτη, που δημοσιεύθηκε στο επιστημονικό περιοδικό Nature, παρουσιάζει έναν απλούστερο μηχανισμό δημιουργίας της ακτινοβολίας Hawking και προσφέρει νέα στοιχεία για τη σχέση μεταξύ της κβαντικής φυσικής και της βαρύτητας.
Το μυστήριο της ακτινοβολίας Hawking
Το 1974 ο διάσημος φυσικός Στίβεν Χόκινγκ πρότεινε ότι οι μαύρες τρύπες δεν απορροφούν μόνο ύλη και ενέργεια, αλλά εκπέμπουν και μια εξαιρετικά ασθενή μορφή ακτινοβολίας, γνωστή ως ακτινοβολία Hawking.
Η ύπαρξή της αποτελεί μία από τις σημαντικότερες θεωρητικές προβλέψεις της σύγχρονης φυσικής. Ωστόσο, η ακτινοβολία είναι τόσο ασθενής ώστε δεν έχει ακόμη παρατηρηθεί απευθείας στο Διάστημα.
Για τον λόγο αυτό, οι επιστήμονες χρησιμοποιούν εργαστηριακά μοντέλα, γνωστά ως αναλογικά συστήματα βαρύτητας, τα οποία μιμούνται τις φυσικές ιδιότητες μιας μαύρης τρύπας.
Ένας απλούστερος μηχανισμός
Μέχρι σήμερα οι περισσότερες θεωρίες υποστήριζαν ότι η δημιουργία της ακτινοβολίας Hawking προκύπτει μέσα από μια πολύπλοκη αλληλουχία κβαντικών διεργασιών.
Η νέα έρευνα δείχνει ότι η διαδικασία μπορεί να είναι πολύ πιο άμεση.
Οι επιστήμονες χρησιμοποίησαν ένα οπτικό σύστημα με οπτικές ίνες, το οποίο λειτουργεί ως ανάλογο του ορίζοντα γεγονότων μιας μαύρης τρύπας. Συνδυάζοντας θεωρητική ανάλυση και πειραματικές μετρήσεις, κατέληξαν στο συμπέρασμα ότι η ακτινοβολία μπορεί να παράγεται μέσω ενός απλού και άμεσου μηχανισμού, χωρίς να απαιτείται η πολύπλοκη αλληλουχία που προέβλεπαν τα προηγούμενα μοντέλα.
Η ακτινοβολία επηρεάζει το ίδιο το σύστημα
Ένα ακόμη σημαντικό αποτέλεσμα της μελέτης είναι ότι η ακτινοβολία Hawking δεν αποτελεί απλώς ένα παθητικό προϊόν του συστήματος.
Οι ερευνητές διαπίστωσαν ότι η εκπεμπόμενη ακτινοβολία αλληλεπιδρά με το ίδιο το περιβάλλον από το οποίο δημιουργείται, μεταβάλλοντας τη συμπεριφορά του συστήματος. Η λεγόμενη «ανάδραση» θεωρείται κρίσιμη για την κατανόηση του τρόπου με τον οποίο οι μαύρες τρύπες διατηρούν την ισορροπία τους ή χάνουν σταδιακά μάζα.
Βήμα προς την κατανόηση της κβαντικής βαρύτητας
Σύμφωνα με τον επικεφαλής της έρευνας, δρα Lorenzo M. Procopio, η ανακάλυψη απλοποιεί σημαντικά τη θεωρητική περιγραφή της ακτινοβολίας Hawking και ανοίγει νέους δρόμους για τον υπολογισμό αντίστοιχων φαινομένων.
Παρότι οι πραγματικές μαύρες τρύπες παραμένουν απρόσιτες για άμεση μελέτη, τα εργαστηριακά αυτά αναλογικά πειράματα επιτρέπουν στους φυσικούς να εξετάζουν φαινόμενα που διαφορετικά θα ήταν αδύνατο να παρατηρηθούν. Οι ερευνητές εκτιμούν ότι τα αποτελέσματα θα μπορούσαν να συμβάλουν στην καλύτερη κατανόηση της κβαντικής βαρύτητας, ενός από τα μεγαλύτερα άλυτα προβλήματα της σύγχρονης φυσικής.