19
Dec
2022

หลุมดำที่ปลูกในห้องแล็บอาจพิสูจน์ทฤษฎีที่ท้าทายที่สุดของ Stephen Hawking ว่าถูกต้อง

นักวิจัยได้แสดงให้เห็นว่ารังสีฮอว์กิงอาจมีอยู่จริงตามที่นักฟิสิกส์ผู้ล่วงลับอธิบายไว้โดยใช้สายโซ่ของอะตอมเพื่อจำลองขอบฟ้าเหตุการณ์ของหลุมดำ

ภาพประกอบของหลุมดำของศิลปิน ศูนย์กลางของหลุมดำเป็นตัวอย่างของภาวะเอกฐาน (เครดิตรูปภาพ: solarseven ผ่าน Getty Images)

โดย

เบน เทอร์เนอร์ที่ตีพิมพ์8 วันที่ผ่านมา

นักวิทยาศาสตร์ได้สร้างแอนะล็อกของหลุมดำที่ปลูกในห้องปฏิบัติการเพื่อทดสอบหนึ่งในทฤษฎีที่มีชื่อเสียงที่สุดของ Stephen Hawking และมันก็มีพฤติกรรมตามที่เขาทำนายไว้ 

การทดลองที่สร้างขึ้นโดยใช้โซ่อะตอมไฟล์เดียวเพื่อจำลองขอบฟ้าเหตุการณ์ของหลุมดำ ได้เพิ่มหลักฐานเพิ่มเติมให้กับทฤษฎีของฮอว์กิงว่าหลุมดำควรปล่อยรังสีแสงจางๆ จากอนุภาคเสมือนจริงที่สุ่มโผล่เข้ามาใกล้ขอบเขตของพวกมัน . ยิ่งไปกว่านั้น นักวิจัยพบว่าอนุภาคแสงหรือโฟตอนส่วนใหญ่ควรเกิดขึ้นบริเวณขอบของสัตว์ประหลาดในจักรวาล ทีมงานได้เผยแพร่ผลการวิจัยของพวกเขาในวันที่ 8 พฤศจิกายนในวารสารPhysical Review Research

ตามทฤษฎีสนามควอนตัม ไม่มีสิ่งที่เรียกว่าสุญญากาศที่ว่างเปล่า อวกาศกลับเต็มไปด้วยการสั่นสะเทือนเล็กๆ ที่หากได้รับพลังงานเพียงพอ จะระเบิดออกเป็นอนุภาคเสมือนแบบสุ่ม ซึ่งเป็นคู่ของอนุภาค-ปฏิปักษ์ที่จะทำลายล้างซึ่งกันและกันเกือบจะในทันที ทำให้เกิดแสง ในปี 1974 สตีเฟน ฮอว์คิงทำนายว่าแรงโน้มถ่วงที่รุนแรงที่รู้สึกได้ที่ปากของหลุมดำ – ขอบฟ้าเหตุการณ์ – จะเรียกโฟตอนให้เกิดขึ้นด้วยวิธีนี้ แรงโน้มถ่วงตามทฤษฎีสัมพัทธภาพทั่วไปของไอน์สไตน์ บิดเบือนกาลอวกาศดังนั้นสนามควอนตัมจะบิดเบี้ยวมากขึ้นเมื่อพวกมันเข้าใกล้แรงโน้มถ่วงอันมหาศาล ของเอกฐาน ของ  หลุมดำ

เนื่องจากความไม่แน่นอนและความแปลกประหลาดของกลศาสตร์ควอนตัม การแปรปรวนนี้จึงทำให้เกิดช่องว่างที่ไม่สม่ำเสมอของเวลาในการเคลื่อนที่ที่แตกต่างกัน และพลังงานที่พุ่งสูงขึ้นไปทั่วสนาม ความไม่ตรงกันของพลังงานเหล่านี้ทำให้อนุภาคเสมือนโผล่ออกมาจากสิ่งที่ดูเหมือนไม่มีอะไรเลยที่ขอบหลุมดำก่อนที่จะทำลายล้างตัวเองเพื่อสร้างแสงจางๆ ที่เรียกว่ารังสีฮอว์คิง 

นักฟิสิกส์สนใจคำทำนายของฮอว์คิงเพราะมันเกิดขึ้นที่ขอบเขตสุดขั้วของทฤษฎีสองทฤษฎีที่ยิ่งใหญ่แต่เข้ากันไม่ได้ในปัจจุบัน: ทฤษฎีสัมพัทธภาพทั่วไปของไอน์สไตน์ซึ่งอธิบายโลกของวัตถุขนาดใหญ่ และกลศาสตร์ควอนตัมซึ่งให้รายละเอียดเกี่ยวกับพฤติกรรมที่แปลกประหลาดของวัตถุที่เล็กที่สุด อนุภาค 

แต่การตรวจจับแสงสมมุติฐานโดยตรงนั้นเป็นสิ่งที่นักดาราศาสตร์ฟิสิกส์ไม่น่าจะทำได้ ประการแรก มีความท้าทายมากมายที่เกิดจากการเดินทางไปยังหลุมดำ ซึ่งอยู่ใกล้โลกมากที่สุดซึ่งอยู่ห่างจากโลก 1,566 ปีแสงและเมื่อไปถึงที่นั่น หลุมดำจะไม่ถูกดูดเข้าไปและถูกดึงให้แยกออกจากกันโดยแรงโน้มถ่วงมหาศาล ประการที่สอง จำนวนโฟตอนของฮอว์คิงที่ผุดขึ้นรอบๆ หลุมดำนั้นถือว่าน้อย และในกรณีส่วนใหญ่จะถูกกลบด้วยเอฟเฟกต์แสงอื่นๆ เช่น รังสีเอกซ์พลังงานสูงที่พ่นออกมาจากสสารที่หมุนวนรอบหน้าผาหลุมดำ

ในกรณีที่ไม่มีหลุมดำจริง นักฟิสิกส์เริ่มมองหารังสีฮอว์กิงในการทดลองที่จำลองสภาวะที่รุนแรง ในปี 2564 นักวิทยาศาสตร์ใช้แถวหนึ่งมิติของอะตอม 8,000 อะตอมที่จำกัดด้วยแสงเลเซอร์ของธาตุรูบิเดียมซึ่งเป็นโลหะอ่อน เพื่อสร้างอนุภาคเสมือนจริงในรูปแบบของการกระตุ้นคล้ายคลื่นตามสายโซ่

ตอนนี้ การทดลองสายโซ่อะตอมอีกครั้งประสบความสำเร็จในทำนองเดียวกัน ครั้งนี้โดยการปรับความง่ายในการที่อิเล็กตรอนสามารถกระโดดจากอะตอมหนึ่งไปยังอีกอะตอมหนึ่งในแนวเดียวกัน ทำให้เกิดรูปแบบสังเคราะห์ของขอบฟ้าเหตุการณ์การแปรปรวนของกาลอวกาศของหลุมดำ หลังจากปรับโซ่นี้เพื่อให้ส่วนหนึ่งของมันตกลงมาเหนือขอบฟ้าเหตุการณ์จำลอง นักวิจัยได้บันทึกอุณหภูมิที่พุ่งสูงขึ้นในโซ่ ซึ่งเป็นผลลัพธ์ที่เลียนแบบรังสีอินฟราเรด ที่ ผลิตขึ้นรอบๆ หลุมดำ การค้นพบนี้ชี้ให้เห็นว่ารังสีฮอว์กิงอาจเกิดขึ้นจากผลกระทบของควอนตัมพัวพันระหว่างอนุภาคที่อยู่คนละด้านของขอบฟ้าเหตุการณ์

ที่น่าสนใจคือผลกระทบจะเกิดขึ้นก็ต่อเมื่อแอมพลิจูดของฮอปส์เปลี่ยนจากการกำหนดค่าปริภูมิ-เวลาแบบแบนไม่กี่ชุดไปเป็นแบบบิดเบี้ยว ซึ่งบ่งชี้ว่ารังสีฮอว์กิงต้องการการเปลี่ยนแปลงในการกำหนดค่าพลังงานเฉพาะของกาล-อวกาศจึงจะผลิตได้ เนื่องจากไม่มีการบิดเบือนแรงโน้มถ่วงอันทรงพลังที่เกิดจากหลุมดำในแบบจำลอง ความหมายของสิ่งนี้สำหรับทฤษฎีแรงโน้มถ่วงควอนตัมและรังสีฮอว์คิงจริงที่อาจเกิดขึ้นตามธรรมชาตินั้นยังไม่ชัดเจน แต่ถึงกระนั้นก็ยังให้มุมมองที่ยั่วเย้าเกี่ยวกับฟิสิกส์ที่ยังไม่ได้สำรวจก่อนหน้านี้

หน้าแรก

Share

You may also like...