Zinātnieka niecīgā melnā caurums ieved kosmosu laboratorijā


Savā laboratorijā Izraēlā Džefs Šteinhauers izgatavo mikroskopiskus melnos caurumus. Šie objekti ir tikai pazemīgi plankumi, kuriem trūkst reālas mirušās zvaigznes spagetējošā iesūkšanas spēka. Bet Šteinhauers, fiziķis pētniecības universitātē Technion, man apliecina, ka viņš tos ir izveidojis matemātiski pēc mēroga. Tuviniet pietiekami tālu, un jūs redzēsit miniatūru notikumu horizontu, kas atkārto patiesa melnā cauruma drāmu.

Katrs no šiem sīkajiem lāseņiem sastāv no 8000 rubīdija atomu, kurus Šteinhauers ir atdzesējis līdz gandrīz absolūtajam nullei un pēc tam aplaistījis ar lāzeru. Kopā atomi sver apmēram tūkstošdaļas vienas baktērijas.

Īstā melnajā caurumā gravitācija ir tik spēcīga, ka, šķērsojot tā notikumu horizontu, pat gaisma nevar izbēgt. Šteinhauera replikai, kuru tehniski sauc par Bose-Einšteina kondensātu, ir tāds pats īpašums kā skaņas viļņiem. Pārejot garām lāsei, nevar izbēgt no skaņas vibrācijām.

Džefs Šteinhauers no rubīdija atomiem izgatavo sīkus skalas melno caurumu modeļus savā laboratorijā.Foto: Džefs Šteinhauers / Technion

Šis darbs ir jauna veida zinātnisko eksperimentu, ko sauc par kvantu simulatoru, piemērs. Kvantu simulatori ir maza mēroga sarežģītu dabas parādību kopijas, kuru uzvedība pakļaujas kvantu mehānikas noteikumiem. Tas ir kvantu ekvivalents, veidojot lidmašīnas modeli, lai paredzētu, kā lidos īsta reaktīvā lidmašīna, saka fiziķis Ignacio Ciraks no Maksas Plankas Kvantu optikas institūta.

Piemēram, Šteinhauers no savas kvantu replikas uzzināja, ka tā izstaro skaņas viļņus, kas ir analogi gaismas viļņiem, kurus it kā rada īstie melnie caurumi, kas pazīstams kā Hokinga starojums. Tā kā īstus melnos caurumus ir tik grūti izpētīt un Hokinga starojums ir tik vājš, pētnieki nekad nebija novērojuši starojumu kosmosā. Bet skaņu viļņi Šteinhauera simulācijā piedāvāja zināmu atbalstu šai idejai.

Citā eksperimentā, kurā piedalījās aukstu atomu burbuļi, Čikāgas universitātes fiziķi simulēja atšķirīgu ekstremālu vidi – kā būtu, ja cilvēks paātrinātu līdz miljardiem g’s. Teorija paredz, ka cilvēkam, kas paātrina šo straujo ātrumu, jāspēj redzēt objektus, kas izstaro gaismu, ko sauc par Unruh starojumu.

Nav iespējams paātrināt cilvēku tik lielā mērā laboratorijā; Pirmkārt, viņi gandrīz uzreiz ietriecās sienās. Tātad pētnieki izveidoja scenārija skrejceliņa versiju – viss paliek vietā, bet viņi rada ilūziju par laboratoriju, kas paātrina savu atomu lāse. "Tas ir tāpat, kā mēs sevi ievietojam lidojuma simulatorā," saka fiziķis Čengs Čins no Čikāgas universitātes. "Jūs domājat, ka braucat ar reaktīvo lidmašīnu, bet tiešām atrodaties tikai laboratorijā."