Η μικροσκοπική μαύρη τρύπα ενός επιστήμονα φέρνει τον κόσμο στο εργαστήριο


Στο εργαστήριό του στο Ισραήλ, ο Jeff Steinhauer κατασκευάζει μικροσκοπικές μαύρες τρύπες. Αυτά τα αντικείμενα είναι μόνο τακτοποιημένα στίγματα, που δεν έχουν τη δύναμη αναρρόφησης ενός πραγματικού νεκρού αστεριού. Αλλά ο Steinhauer, φυσικός στο ερευνητικό πανεπιστήμιο Technion, με βεβαιώνει ότι τα έχει κατασκευάσει μαθηματικά σε κλίμακα. Μεγέθυνση αρκετά μακριά, και θα δείτε έναν μικροσκοπικό ορίζοντα γεγονότος που αναπαράγει το δράμα μιας αληθινής μαύρης τρύπας.

Κάθε μία από αυτές τις μικροσκοπικές κηλίδες αποτελείται από 8.000 άτομα ρουβιδίου που η Steinhauer έχει ψύξει σε σχεδόν απόλυτο μηδέν και στη συνέχεια μεταφέρεται με λέιζερ. Συλλογικά, τα άτομα ζυγίζουν περίπου ένα χιλιοστό του ενός βακτηρίου.

Σε μια πραγματική μαύρη τρύπα, η βαρύτητα είναι τόσο δυνατή που μόλις περάσετε τον ορίζοντα του γεγονότος, δεν μπορεί καν να διαφύγει το φως. Το αντίγραφο του Steinhauer, τεχνικά αποκαλούμενο συμπύκνωμα Bose-Einstein, έχει την ίδια ιδιότητα αλλά για ηχητικά κύματα. Πέρα από ένα όριο στο blob, δεν μπορούν να διαφύγουν οι ηχητικές δονήσεις.

Ο Jeff Steinhauer κατασκευάζει μικροσκοπικά μοντέλα μαύρων οπών στο εργαστήριό του από άτομα ρουβιδίου.Φωτογραφία: JeffSteinhauer / Technion

Αυτό το έργο είναι ένα παράδειγμα ενός νέου τύπου επιστημονικού πειράματος που ονομάζεται κβαντικός προσομοιωτής. Οι κβαντικοί προσομοιωτές είναι αντίγραφα μικρής κλίμακας περίπλοκων φυσικών φαινομένων, των οποίων η συμπεριφορά υπακούει στους κανόνες της κβαντικής μηχανικής. Είναι το κβαντικό ισοδύναμο της κατασκευής ενός μοντέλου αεροπλάνου για να προβλέψουμε πώς θα πετούσε ένας πραγματικός αεριωθούμενος, λέει ο φυσικός Ignacio Cirac του Ινστιτούτου για την Κβαντική Οπτική Max Planck.

Ο Steinhauer, για παράδειγμα, έμαθε από το κβαντικό αντίγραφό του ότι εκπέμπει ηχητικά κύματα ανάλογα με τα φωτεινά κύματα που υποτίθεται ότι παράγουν πραγματικές μαύρες τρύπες, γνωστές ως ακτινοβολία Hawking. Επειδή οι πραγματικές μαύρες τρύπες είναι τόσο δύσκολο να μελετηθούν και η ακτινοβολία Hawking είναι τόσο ασαφής, οι ερευνητές δεν είχαν παρατηρήσει ποτέ την ακτινοβολία στο διάστημα. Αλλά τα ηχητικά κύματα στη προσομοίωση του Steinhauer προσέφεραν κάποια υποστήριξη σε αυτή την ιδέα.

Σε ένα άλλο πείραμα που αφορούσε κρύες ατμόσφαιρες, οι φυσικοί του Πανεπιστημίου του Σικάγο μίλησαν για ένα διαφορετικό ακραίο περιβάλλον – τι θα ήταν για ένα άτομο να επιταχύνει σε δισεκατομμύρια g. Η θεωρία προβλέπει ότι ένα άτομο που επιταχύνει αυτό το γρήγορο θα πρέπει να είναι σε θέση να δει αντικείμενα που εκπέμπουν φως, που ονομάζεται ακτινοβολία Unruh.

Είναι αδύνατο να επιταχύνεις ένα άτομο τόσο πολύ στο εργαστήριο. για ένα, θα κατέρρεαν τους τοίχους σχεδόν αμέσως. Έτσι οι ερευνητές έκαναν την έκδοση του σεναρίου του σεναρίου – όλα μένουν στη θέση τους, αλλά παράγουν την ψευδαίσθηση του εργαστηρίου που επιταχύνεται από το πέρασμα του ατόμου. "Είναι σαν να βάζουμε τον εαυτό μας σε προσομοιωτή πτήσης", λέει ο φυσικός Cheng Chin του Πανεπιστημίου του Σικάγο. "Νομίζεις ότι οδηγείς ένα τζετ, αλλά είσαι πραγματικά στο εργαστήριο."