Onderzoekers van St. Andrews University, Schotland, beweren dat ze een manier hebben gevonden om de horizon van een zwart gat te simuleren - niet door een nieuwe kosmische observatietechniek en niet door een krachtige supercomputer ... maar in het laboratorium. Met behulp van lasers, een stuk glasvezel en afhankelijk van een aantal bizarre kwantummechanica, kan een 'singulariteit' worden gecreëerd om de golflengte van een laser te veranderen, waardoor de effecten van een eventhorizon worden gesynthetiseerd. Als dit experiment een horizon van gebeurtenissen kan opleveren, kan het theoretische fenomeen Hawking Radiation worden getest, waardoor Stephen Hawking misschien de beste kans tot nu toe heeft om de Nobelprijs te winnen.
Dus hoe creëer je een zwart gat? In de kosmos ontstaan zwarte gaten door het instorten van zware sterren. De massa van de ster stort in tot een enkel punt (nadat de brandstof opraakt en een supernova ondergaat) vanwege de enorme zwaartekracht op het lichaam. Mocht de ster een bepaalde massalimiet overschrijden (d.w.z. de Chandrasekhar-limiet - een maximum waarbij de massa van een ster zijn structuur niet kan dragen tegen de zwaartekracht in), zal hij instorten tot een discreet punt (een singulariteit). De ruimtetijd zal zo krom zijn dat alle lokale energie (materie en straling) vallen in de singulariteit. De afstand tot de singulariteit waarbij zelfs licht niet aan de zwaartekracht kan ontsnappen, staat bekend als de event horizon. Botsingen met hoge energie door kosmische straling die de bovenste atmosfeer aantast, kunnen microzwarte gaten (MBH's) veroorzaken. De Large Hadron Collider (in CERN, nabij Genève, Zwitserland) kan mogelijk ook botsingen veroorzaken die energetisch genoeg zijn om MBH's te creëren. Interessant is dat als de LHC MBH's kan produceren, Stephen Hawking's theorie van "Hawking Radiation" kan worden bewezen als de gecreëerde MBH's bijna onmiddellijk verdampen.
Hawking voorspelt dat zwarte gaten straling uitstralen. Deze theorie is paradoxaal, aangezien geen enkele straling aan de horizon van een zwart gat kan ontsnappen. Hawking theoretiseert echter dat vanwege een eigenaardigheid in de kwantumdynamiek, zwarte gaten kan straling produceren.
Heel eenvoudig gezegd: met het heelal kunnen deeltjes in een vacuüm worden gecreëerd, waardoor energie uit hun omgeving wordt 'geleend'. Om de energiebalans te behouden, kunnen het deeltje en zijn anti-deeltje slechts korte tijd leven, waardoor de geleende energie zeer snel wordt teruggegeven door met elkaar te vernietigen. Zolang ze binnen een kwantumtijdlimiet in en uit het bestaan springen, worden ze beschouwd als "virtuele deeltjes". Creatie tot vernietiging heeft netto nul energie.
De situatie verandert echter als dit deeltjespaar wordt gegenereerd op of nabij een horizon van een zwart gat. Als een van de virtuele paren in het zwarte gat valt en zijn partner wordt weggestuurd van de horizon van de gebeurtenis, kunnen ze niet vernietigen. Beide virtuele deeltjes worden 'echt', waardoor het ontsnappende deeltje energie en massa weg kan voeren van het zwarte gat (het gevangen deeltje kan worden beschouwd als een negatieve massa, waardoor de massa van het zwarte gat wordt verkleind). Dit is hoe Hawking straling "verdampende" zwarte gaten voorspelt, aangezien er massa verloren gaat aan deze kwantum eigenaardigheid aan de horizon van de gebeurtenis. Hawking voorspelt dat zwarte gaten geleidelijk zullen verdampen en verdwijnen, en dit effect zal het meest opvallen bij kleine zwarte gaten en MBH's.
Dus ... terug naar ons St. Andrews laboratorium ...
Prof Ulf Leonhardt hoopt de condities van een horizon met een zwart gat te creëren door laserpulsen te gebruiken, waarmee hij mogelijk het eerste directe experiment creëert om Hawking-straling te testen. Leonhardt is een expert op het gebied van "kwantumrampen", het punt waarop de golffysica afbreekt en een singulariteit creëert. Tijdens de recente "Cosmology Meets Condensed Matter" -bijeenkomst in Londen, kondigde het team van Leonhardt hun methode aan om een van de belangrijkste componenten van de eventhorizonomgeving te simuleren.
Licht reist door materialen met verschillende snelheden, afhankelijk van hun golfeigenschappen. De St. Andrews-groep gebruikt twee laserstralen, één langzaam en één snel. Eerst wordt een langzame voortplantingspuls door de optische vezel afgevuurd, gevolgd door een snellere puls. De snellere puls moet de langzamere puls 'inhalen'. Wanneer de langzame puls echter door het medium gaat, verandert het de optische eigenschappen van de vezel, waardoor de snelle puls in zijn kielzog vertraagt. Dit is wat er met licht gebeurt wanneer het probeert te ontsnappen uit de horizon van de gebeurtenis - het wordt zo langzamer vertraagd dat het “vast komt te zitten”.
“Met theoretische berekeningen laten we zien dat een dergelijk systeem in staat is om de kwantumeffecten van horizonten, met name Hawking straling, te onderzoeken. ' - Van een aanstaande krant van de St. Andrews-groep.
De effecten die twee laserpulsen op elkaar hebben om de fysica binnen een gebeurtenishorizon na te bootsen, klinkt vreemd, maar deze nieuwe studie kan ons helpen te begrijpen of er MBH's worden gegenereerd in de LHC's en kan Stephen Hawking een beetje dichter bij een welverdiende Nobelprijs duwen.
Bron: Telegraph.co.uk
