مقالات زمین شناسی

ساخت سياه چاله مصنوعي

ساخت سياهچاله مصنوعي

 

در اصل، نظريه پرداران زماني مطالعات خودشان را بر روي سياه چاله ها متمركز كردند كه مي خواستند نظريه نسبيت عام انيشتين (كه بيان مي كرد كه چگونه جرم ناشي از اشيا از خميدگي فضا-زمان ناشي مي شود) را قبول كنند. پس از آن در سال 1974 فيزيكدان دانشكاه كمبريج، استفن هاوكينگ بر پايه كار ياكوب بكنشتينJacob Bekenstein نشان داد كه مكانيك كوانتومي را بايد با نسبيت عام پيوند دهيم.
هاوكينگ پيشنهاد داد كه لبه ي منطقه اي كه ديگر نور هم نمي تواند از آن بگذرد-افق رويداد- خودش مي بايستي ذراتي مانند نوترينو يا فوتون را منتشر كند. در مكانيك كوانتومي، اصل عدم قطعيت هايزنبرگ به ذرات اجازه مي دهد كه از مناطق خلا در هر زماني خارج شوند، اگر چه معمولا خيلي سريع بعد از آن از بين مي روند. ولي اگر دو ذره يكي در منطقه افق رويداد و ديگري بيرون از آن باشد آن گاه ذره اي كه در داخل محدوده ي افق رويداد باشد توسط سياه چاله جذب خواهد شد و ديگري كه بيرون از محدوده است مي تواند به راحتي حركت كند. براي ناظر در اين حالت سياه چاله همانند يك جسم حرارتي و اين ذرات “تابش هاوكينگ” سياه چاله خواهند بود.
اين در نظريه و تئوري خوب عمل مي كند ولي در واقعيت و عملي، تابش هاي هاوكينگ خيلي ضعيف تر از آن هستند كه بتوان بر روي تابش هاي دراي نويز پس زمينه اي كيهانيCMB كه از زمان بيگ بنگ تا به حال به جا مانده اند آن ها را مشخص كرد.سياه چاله ها بسيار سرد هستند. حتي كوچك ترين سياه چاله ها، كه با توجه به هاوكينگ مي بايست گرم ترين دما را داشته باشند باز هم 8 برابر از CMB سردتر است.
به خاطر مواجه شدن با اين مشكلات فيزيكدانان اين تصميم را گرفتند تا يك سياه چاله ي گرم تر را در آزمايشگاه ها بسازند. مشخصا جمع آوري يك مقدار بسيار بزرگ گرانش در يك جا بسيار خطرناك است و غيرممكن است كه بتوان به آن نزديك شد.سياه چاله هاي مصنوعي را مي توانيم بر پايه سيستمي شبيه به حالتي كه خميدگي فضا-زمان توسط پارامتري ديگر كه از انتقال موج متاثر مي شود، بسازيم.
“ما نمي توانيم قوانين گرانشي را در محيط خودمان عوض كنيم.”اين را Ulf Leonhardt در دانشگاه سنت آنريوز University of St Andrews در انگلستان به physicsworld.com گفت. “ولي ما مي توانيم پارامتر هاي متشابه در يك سيستم منقبض شده را عوض كنيم.” گروه لئونارد در سنت آندريوز اولين گروهي هستند كه مي خواهند يك سياه چاله اي مصنوعي بسازند تا تابش هاوكينگ را بتوان به وسيله ي آن مشخص كرد.

فيزيك ماهي شكل !
ايده ي استفاده از سيستم هاي مشابه اولين بار توسط ويليام آنروWilliam Unruh در دانشگاه بريتيش كلمبيا در سال1981 مطرح شد. او تصور كرد كه يك ماهي بر خلاف جهت جريان آب قصد گريز از آبشاري را دارد كه ما در اين حالت آبشار را به عنوان سياه چاله فرض كرده ايم.و در يك منطقه نزديك به آبشار جريان آب آن قدر شدت مي يابد كه ديگر ماهي قدرت گريز را نخواهد داشت مانند يك افق رويداد. آنرو همچنين تصور كرد كه چه اتفاقي خواهد افتاد اگر موج هايي از طرف دريا به طرف دهانه ي رود روانه شوند.چون جريان در بالادست رود قوي تر مي شود، امواج فقط مي توانند تا يك جاي معيني بالا بيايند(برخلاف جهت جريان آب) و بعد برگشت مي خورند(در جهت جريان آب). در اين حالت رود به يك سفيدچاله تبديل مي شود و هيچ چيز نمي تواند به آن واردشود.
در آزمايش سنت آندريوز، كه از ضريب شكست يك فيبر نوري به عنوان ميدان گرانشي استفاده شد هم سياه و هم سفيد چاله را در بر مي گيرد. در اين جا ما به اين نكته بايد توجه كنيم كه سرعت نور در حالت عادي فقط به طول موج بستگي ندارد بلكه به ضريب شكست محيط هم بستگي دارد.
گروه كار خودشان را اين گونه آغاز كردند كه با فرستادن يك پالس نوري در فيبر نوري با استفاده از نتيجه اثر كر ضريب شكست محيط را اصلاح كردند. كم تر از يك ثانيه بعد آن ها يك نور آزمايشي را مي فرستند كه داراي طول موجي بلند است تا پالس نور را بگيرد. ولي با توجه به ضريب شكست اصلاح شده ي محيط اطراف پالس نوري، نور آزمايشي ما هميشه به اندازه ي كافي دچار كاهش سرعت مي شود تا مانع پيشي گرفتن از پالس نوري بشود-بنابراين پالس مانند يك سفيدچاله مي ماند. حال اگر گروه نور آزمايشي را از طرف مخالف بفرستد آن گاه نور آزمايشي به پالس نوري مي رسد ولي نمي تواند از آن عبور كند-بنابراين پالس نوري مانند يك سياه چاله مي شود.
در حالي كه ما معتقديم كه تابش هاوكينگ توسط سياه چاله هاي گرانشي ايجاد مي شوند حداقل خواصي كه ما براي ايجاد آن در آزمايشگاهمان بدان نيازمنديم چيست؟
ريناد پارنتاني، دانشگاه پاريس-سودRenaud Parentani, University Paris-Sud

پشت افق رويداد
لئونارد و هم گروهانش ثابت كردند كه افق رويداد سياه و سفيد چاله هايمان را مي توانيم با مشخص كردن سرعت نور آزمايشيمان كه هيچ گاه بيش تر از سرعت پالس نوري نمي شود، تعيين كنيم. مهمم تر از آن، آن ها اين را هم محاسبه كردند كه بايد ممكن باشد كه ذرات تابش هاوكينگ ايجاد شده در دو طرف افق رويداد را با فيلتر كردن نور هاي باقي مانده در دو طرف فيبر، مشخص كنيم.
مشخص كردن تابش هاوكينگ به فيزيكدانان كمك خواهد كرد تا پلي ميان شكاف موجود بين نسبيت عام و مكانيك كوانتمي ايجاد كنند، دو نظريه اي كه هنوز كامل نشده است. همچنين اين آزمايش مي تواند به فيزيكدانان كمك كند تا راز هاي موجود در طول موج فوتون هاي تابشي از افق رويداد را بررسي كنند كه تصور مي شود كه از صفر شروع شود قبل از اين كه تقريبا بينهايت فشرده شود توسط گرانش.
با اين وجود، ريناد پارنتاني معتقد است كه ممكن است در مدل هاي آينده ي سيستم هاي گروهي ممكن است ما تابش يك افق رويداد را ببينيم. تابش ممكن نيست كه تمام ويژگي هايي را كه ما از يك تابش هاوكينگي كه توسط يك سياه چاله ي اخترفيزيكي انتظار داريم داشته باشد را دارا باشد. براي مثال فيبر نوري به خاطر تجزيه ي نور و پراكندگي داراي محدوديت هايي است يعني طول موج فوتون هاي توليد شده در افق رويداد خيلي فشرده نخواهند بود. پارنتي پرسيد “در حالي كه ما معتقديم كه تابش هاوكينگ توسط سياه چاله هاي گرانشي ايجاد مي شوند حداقل خواصي كه ما براي ايجاد آن در آزمايشگاهمان بدان نيازمنديم چيست؟”. “جواب حتي در تئوري هم مشخص نيست. ولي اين آزمايشات به ما جسارت اين را مي دهد تا بر روي مسئله عميق تر توجه كنيم.”

نمایش بیشتر

مطالب مرتبط

دیدگاهتان را بنویسید

بستن