ابتكار ثقب أسود في المختبر!

فباستخدام سلسلة من الذرات في ملف واحد لمحاكاة أفق الحدث في الثقب الأسود، لاحظ فريق من الفيزيائيين ما يعادل ما نسميه إشعاع هوكينغ - وهو جسيمات ولدت من اضطرابات في التقلبات الكمومية الناجمة عن كسر الثقب الأسود في الزمكان.

وهذا، كما يقولون، يمكن أن يساعد في حل التوتر بين إطارين لا يمكن التوفيق بينهما حاليا لوصف الكون: النظرية العامة للنسبية، التي تصف سلوك الجاذبية على أنه مجال مستمر يُعرف بالزمكان؛ وميكانيكا الكم، التي توصّف سلوك الجسيمات المنفصلة باستخدام رياضيات الاحتمالات.

وبالنسبة لنظرية موحَّدة للجاذبية الكمومية يمكن تطبيقها عالميا، تحتاج هاتان النظريتان اللتان لا تمتزجان إلى إيجاد طريقة للتوافق فيما بينهما بطريقة ما.

وهذا هو المكان الذي تظهر فيه الثقوب السوداء في الصورة - ربما أغرب الأشياء وأكثرها تطرفا في الكون. هذه الأجسام الضخمة كثيفة للغاية لدرجة أنه لا توجد سرعة كافية للهروب منها في الكون، على مسافة معينة من مركز كتلة الثقب الأسود.

إقرأ المزيد

كشف تأثير الإضاءة في القدرات المعرفية

وهذه المسافة، التي تختلف تبعا لكتلة الثقب الأسود، تسمى أفق الحدث. فبمجرد أن يتجاوز الجسم حدوده، يمكننا فقط تخيل ما يحدث، حيث لا شيء يعود بمعلومات حيوية عن مصيره. ولكن في عام 1974، اقترح ستيفن هوكينغ رؤيته أن الانقطاعات في التقلبات الكمية التي يسببها أفق الحدث تؤدي إلى نوع من الإشعاع مشابه جدا للإشعاع الحراري.

وإذا كان إشعاع هوكينغ موجودا، فسيكون خافتا جدا بالنسبة لنا لاكتشافه حتى الآن. لكن يمكننا التحقق من خصائصه من خلال إنشاء نظائر للثقب الأسود في إعدادات المختبر.

وقد تم القيام بذلك من قبل، ولكن الآن قام فريق بقيادة لوت ميرتنز من جامعة أمستردام في هولندا بعمل شيء جديد.

وكانت سلسلة من الذرات الأحادية البعد بمثابة مسار "قفز" للإلكترونات من موقع إلى آخر. ومن خلال ضبط السهولة التي يمكن أن يحدث بها هذا التنقل، يمكن أن يتسبب الفيزيائيون في اختفاء خصائص معينة، ما يخلق بشكل فعال نوعا من أفق الحدث الذي يتداخل مع طبيعة الإلكترونات الشبيهة بالموجة.

وقال الفريق إن تأثير أفق الحدث المزيف هذا أدى إلى ارتفاع في درجات الحرارة يطابق التوقعات النظرية لنظام ثقب أسود مكافئ، ولكن فقط عندما يمتد جزء من السلسلة إلى ما وراء أفق الحدث.

وقد يعني هذا أن تشابك الجسيمات التي تمتد عبر أفق الحدث مفيد في توليد إشعاع هوكينغ.

وكان إشعاع هوكينغ المحاكي حراريا فقط مجموعة معينة من اتساع القفزات، وتحت عمليات المحاكاة التي بدأت بتقليد نوع من الزمكان، يُعتبر "مسطحا". ويشير هذا إلى أن إشعاع هوكينغ قد يكون حراريا فقط ضمن مجموعة من المواقف، وعندما يكون هناك تغيير في الالتواء في الزمكان بسبب الجاذبية.

ومن غير الواضح ما الذي يعنيه هذا بالنسبة للجاذبية الكمومية، لكن النموذج يقدم طريقة لدراسة ظهور إشعاع هوكينغ في بيئة لا تتأثر بالديناميات البرية لتشكيل الثقب الأسود. وقال الباحثون، لأنه بسيط للغاية، يمكن تشغيله في مجموعة واسعة من الإعدادات التجريبية.

وكتب الباحثون: "هذا، يمكن أن يفتح مجالا لاستكشاف الجوانب الأساسية لميكانيكا الكم إلى جانب الجاذبية والفراغات المنحنية في مختلف إعدادات المادة المكثفة".

نُشر البحث في مجلة Physical Review Research.

المصدر: ساينس ألرت