Kara delikler her geçen gün daha da tuhaflaşıyor. Bilim adamları 1970’lerde devlerin varlığını ilk kez doğruladıklarında, onların çok basit hareketsiz cesetler olduğunu düşündük. Ardından ünlü fizikçi Stephen Hawking, kara deliklerin tamamen kara olmadığını ve aslında ısı yaydıklarını keşfetti. Ve şimdi, birkaç fizikçi, karanlık nesnelerin çevrelerine de baskı yaptığını fark etti.
Sonucumuz, bu kadar basit, periyodik olmayanKara delikler İngiltere’deki Sussex Üniversitesi’nde fizik profesörü olan ortak yazar Xavier Calmette yaptığı açıklamada, “Basınç ve sıcaklığa sahip olmak, tam bir sürpriz olduğu düşünüldüğünde daha da heyecan verici” dedi.
İlgili: Kara deliklerin gerçekte var olduğunu bilmemizin 8 yolu
Calmette ve yüksek lisans öğrencisi Volkert Kuipers, kara delikler için olay ufkunun yakınında, belirlenmesi son derece zor olan kuantum etkileri üzerinde çalışıyorlar. Bunu ele almak için araştırmacılar, hesaplamalarını basitleştirmek için bir teknik kullandılar. Çalışmaları sırasında, çözümlerinin matematiğinde garip bir terim ortaya çıktı. Aylarca süren kafa karışıklığından sonra, bu yeni keşfedilen terimin ne anlama geldiğini anladılar: bu bir kara delikten gelen basıncın bir ifadesiydi. Bunun daha önce mümkün olduğunu kimse bilmiyordu ve bu, bilim adamlarının kara delikler ve evrenin geri kalanıyla ilişkileri hakkında düşünme biçimini değiştiriyor.
Hawking motoru
1970’lerde Hawking, başvuran ilk fizikçilerden biri oldu. Kuantum mekaniği Olay ufkunda neler olduğunu anlamaya çalışmak için – ötesinde hiçbir şeyin, hatta ışığın bile kaçamayacağı bir kara deliğin etrafındaki bölge. Bu çalışmadan önce herkes kara deliklerin basit şeyler olduğunu varsaymıştı. buna göre Genel görelilikKara deliklerin varlığını ilk kez öne süren yerçekimi teorisine göre, olay ufku hakkında kesinlikle dikkate değer hiçbir şey yoktur. Olay ufku kara deliğin “sınırı”dır ve kara çıkışının ışıktan daha hızlı seyahat gerektirdiği bölgeyi tanımlar. Ama bu sadece uzayda hayali bir çizgiydi – eğer onu geçersen, arkanı dönüp gitmeye çalışana kadar bunu yaptığını bile bilmezdin.
İlgili: Einstein’ın görelilik teorisini gerçek hayatta görmenin 8 yolu
Hawking hepsini değiştirdi. Uzay-zaman boşluğunda sürekli olarak ortaya çıkan bir parçacık denizine atıfta bulunan kuantum köpüğünün, olay ufkunun bu basitleştirilmiş görüntüsünü etkileyebileceğini fark etti. Bazen parçacık çiftleri, evrenin boş alanından kendiliğinden ortaya çıkar. boş vakit, sonra boşluğu orijinal durumuna geri döndürerek, bir enerji parlaması içinde birbirini yok eder. Ancak bu, kara deliğin yakınında gerçekleştiğinde, bir çift olay ufkunun arkasında sıkışıp kalabilir ve diğeri kaçabilir. Kara delik, kaçan parçacığın enerji faturasında kalır ve bu nedenle kütlesini kaybetmesi gerekir.
Bu süreç şimdi Hawking radyasyonu olarak biliniyor ve bu hesaplamalar sayesinde kara deliklerin tamamen, %100 kara olmadığını keşfettik. Biraz parlıyorlar. “Kara cisim ışıması” olarak bilinen bu parıltı, aynı zamanda ısıya, entropiye (“türbülans” da denir) ve genellikle buzdolabı ve araba motoru gibi sıradan şeyler için uyguladığımız diğer tüm terimlere sahip oldukları anlamına gelir.
Etkili Teknoloji
Hawking, kuantum mekaniğinin bir kara deliğin çevresini nasıl etkilediğine odaklandı. Ama bu tüm hikaye değil. Kuantum mekaniği kuvvet içermez Yerçekimive yakın olay ufkunda ne olduğuna dair tam bir açıklama, kuantum yerçekimini veya çok küçük ölçekleri ne kadar güçlü yerçekiminin etkilediğinin bir tanımını içermelidir.
1970’lerden bu yana birçok fizikçi, kuantum kütleçekimi teorisini geliştirmek ve bu teorileri olay ufku fiziğine uygulamak için şanslarını denedi. En son girişim, Calmet ve Kuipers’in Eylül ayında dergide yayınlanan bu yeni çalışmasından geliyor. fiziksel inceleme.
“Çalıştığımız kara deliğin uyguladığı basınç minimum olsa da, var olduğu gerçeği, astrofizik, parçacık fiziği ve kuantum fiziği çalışmaları dahil olmak üzere birçok yeni olasılığın kapısını açıyor.”
Xavier Calmette
Calmette, “Hawking’in kara deliklerin kara olmadığı, ancak kara cisme çok benzeyen bir radyasyon spektrumuna sahip olduğu yönündeki tarihsel sezgisi, kara delikleri kuantum mekaniği, yerçekimi ve termodinamik arasındaki etkileşimi araştırmak için ideal bir laboratuvar haline getiriyor.” Dedi.
Tam bir kuantum yerçekimi teorisi olmadan ikili, etkili alan teorisi veya EFT adı verilen bir yaklaşım tekniği kullandı. Bu teori, kuantum seviyesinde yerçekiminin zayıf olduğunu varsayar – bir kuantum sistemindeki yerçekimi çok güçlü olduğunda olduğu gibi, her şey dağılmadan hesaplamalarda biraz ilerleme kaydetmenize izin veren bir varsayım. Bu hesaplamalar olay ufkunun tam resmini ortaya çıkarmayacak olsa da, kara deliğin içinde ve içinde içgörü sağlayabilirler.
Calmette, “Kara delikleri yalnızca genel görelilik içinde ele alırsak, merkezlerinde bildiğimiz fizik yasalarının bozulması gereken tekillikleri olduğunu gösterebiliriz” diye açıkladı. “Kuantum alan teorisi genel göreliliğe dahil edildiğinde, kara deliklerin yeni bir tanımını bulabileceğimiz umulmaktadır.”
İşte baskı geliyor
Calmet ve Kuipers, denklemlerinde garip bir matematiksel terimin ortaya çıktığını fark ettiklerinde, olay ufkunun yakınında elektron transdüksiyonunu kullanarak kara deliklerin termodinamiğini keşfediyorlardı. İlk başta, terim onları tamamen şaşırttı – ne anlama geldiğini veya nasıl yorumlanacaklarını bilmiyorlardı. Ancak bu, 2020 Noel Günü’ndeki bir konuşma sırasında değişti.
Denklemlerdeki terimin stresi temsil ettiğini fark ettiler. Gerçek gerçek basınç. Yükselen balonun içindeki sıcak havanın uyguladığı basınçla veya arabanızın motorunun içindeki piston üzerindeki basınçla aynı.
Kuipers, “Denklemlerimizdeki gizemli sonucun, incelemekte olduğumuz kara deliğin baskı altında olduğunu söylediğini fark ettiğimizde pimi düşürdüğümüz an – onunla aylarca mücadele ettikten sonra – canlandırıcıydı, ” diye hatırlıyor Kuipers.
Bu basınç neredeyse çok küçük, standardın 10^54 katından daha az. Baskı yapmak Yerde. Ama orada. Ayrıca, kara deliğin yakınındaki kuantum parçacıklarının özel karışımına bağlı olarak basıncın pozitif veya negatif olabileceğini buldular. Pozitif basınç, balonu şişiren türdür, negatif basınç ise gerilmiş bir lastik bantta hissettiğiniz gerilimdir.
Elde ettikleri sonuç, kara delikler fikrini yalnızca sıcaklık ve entropiyi değil aynı zamanda basıncı da içeren termodinamik varlıklar olarak genişletiyor. Çalışmaları yalnızca zayıf kuantum yerçekimini gösterdiği ve güçlü yerçekimini ihmal ettiği için kara deliklerin davranışını tam olarak açıklayamaz, ancak bu önemli bir adımdır.
“Çalışmamız bu yönde bir adım ve üzerinde çalıştığımız kara deliğin uyguladığı basınç çok küçük olmasına rağmen, var olduğu gerçeği astrofizik, parçacık fiziği ve kuantum fiziği çalışmaları dahil olmak üzere birçok yeni olasılığın kapılarını açıyor.” Calmet sözlerini tamamladı.
Başlangıçta WordsSideKick.com’da yayınlandı.
More Stories
Yeni bir okyanus atlası, yapay ışığın geceleri denizleri nasıl kirlettiğini gösteriyor
NASA’nın Webb Uzay Teleskobu, Kayalık Gezegen Oluşumu bölgesinde su buharı tespit etti
Ölü bir balinanın leşiyle beslenen düzinelerce köpekbalığını izleyin: ScienceAlert