Khoa Học Thường Thức

Tạo hố đen vũ trụ phòng thí nghiệm

Tạo hố đen vũ trụ phòng thí nghiệm

Wikicabinet – Kênh thông tin tri thức nhân loại kính chào quý độc giả ở kỳ trước chúng tôi đã giới thiệu các chủ đề về:

Thực khuẩn thể, vũ khí tiêu diệt vi khuẩn hiệu quả nhất

Kỳ này wikicabinet khoa học thường thức xin giới thiệu đến độc giả một chủ đề thú vị về Tạo hố đen vũ trụ phòng thí nghiệm. Mời quý độc giả đón theo dõi chủ đề này cùng wikicabinet khoa học thường thức nhé.

Năm 1974, Stephen Hawking đưa ra giả thuyết rằng các hố đen hấp dẫn khổng lồ tối nhất của vũ trụ, không phải là những ngôi sao đen kịt mà các nhà thiên văn tưởng tượng, mà chúng tự phát ra ánh sáng – một hiện tượng ngày nay được gọi là bức xạ Hawking.

Vấn đề là, chưa có nhà thiên văn học nào quan sát được bức xạ bí ẩn của Hawking, và bởi vì nó được dự đoán là rất mờ, họ có thể sẽ không bao giờ. Đó là lý do tại sao các nhà khoa học ngày nay đang tạo ra các lỗ đen của riêng họ .

Các nhà nghiên cứu tại Viện Công nghệ Technion-Israel đã làm được điều đó. Họ đã tạo ra một chất tương tự lỗ đen từ vài nghìn nguyên tử . Họ đang cố gắng xác nhận hai dự đoán quan trọng nhất của Hawking, rằng bức xạ Hawking phát sinh từ hư không và nó không thay đổi cường độ theo thời gian, có nghĩa là nó đứng yên.

Một lỗ đen được cho là bức xạ giống như một vật thể đen, về cơ bản là một vật thể ấm phát ra bức xạ hồng ngoại liên tục. tuyên bố. Hawking cho rằng lỗ đen cũng giống như những ngôi sao thông thường, chúng phát ra một loại bức xạ nhất định mọi lúc, liên tục.

Lực hấp dẫn của một lỗ đen mạnh đến mức không một ánh sáng nào có thể thoát khỏi tầm bám của nó, một khi một photon, hay hạt ánh sáng, vượt ra ngoài điểm không quay trở lại của nó, được gọi là chân trời sự kiện. Để thoát khỏi ranh giới này, một hạt sẽ phải phá vỡ các định luật vật lý và di chuyển nhanh hơn tốc độ ánh sáng.

Hawking đã chỉ ra rằng mặc dù không có gì vượt qua chân trời sự kiện có thể thoát ra, các lỗ đen vẫn có thể tự phát ra ánh sáng từ ranh giới, nhờ cơ học lượng tử và một thứ gọi là hạt ảo.

Như đã được giải thích bởi nguyên lý bất định của Heisenberg, ngay cả chân không hoàn toàn của không gian cũng chứa đầy các cặp hạt ảo xuất hiện trong và ngoài sự tồn tại. Các hạt phù du này có năng lượng trái ngược nhau thường triệt tiêu lẫn nhau gần như ngay lập tức. Nhưng do lực hấp dẫn cực lớn ở chân trời sự kiện, Hawking cho rằng các cặp photon có thể tách ra, với một hạt bị hố đen hấp thụ và hạt kia thoát ra ngoài không gian. Photon bị hấp thụ có năng lượng âm và trừ năng lượng dưới dạng khối lượng từ lỗ đen, trong khi photon thoát ra trở thành bức xạ Hawking. Chỉ từ điều này, nếu có đủ thời gian (lâu hơn nhiều so với tuổi của vũ trụ), một lỗ đen hoàn toàn có thể bốc hơi.

Lý thuyết của Hawking là mang tính cách mạng bởi vì ông đã kết hợp vật lý của lý thuyết trường lượng tử với thuyết tương đối, lý thuyết của Einstein mô tả cách vấn đề warps không gian-thời gian. Nó vẫn đang giúp mọi người tìm kiếm các định luật vật lý mới bằng cách nghiên cứu sự kết hợp của hai lý thuyết này trong một ví dụ vật lý. Mọi người muốn xác minh bức xạ lượng tử này, nhưng rất khó với một lỗ đen thực vì bức xạ Hawking quá yếu so với đối với bức xạ nền của không gian.

Việc tạo ra hố đen trong phòng thí nghiệm là một hố đen an toàn hơn và nhỏ hơn nhiều so với thỏa thuận thực.

Hố đen do các nhà nghiên cứu trồng trong phòng thí nghiệm được tạo ra từ một luồng khí chảy của khoảng 8.000 nguyên tử rubidi được làm lạnh đến gần như không độ tuyệt đối và được giữ cố định bằng một chùm tia laze. Họ đã tạo ra một trạng thái vật chất bí ẩn, được gọi là Trạng thái ngưng tụ Bose-Einstein (BEC), cho phép hàng nghìn nguyên tử hoạt động đồng loạt với nhau như thể chúng là một nguyên tử .

Sử dụng chùm tia laze thứ hai đã tạo ra một vách đá tiềm năng, khiến khí chảy như nước đổ xuống thác nước, do đó tạo ra chân trời sự kiện trong đó một nửa khí chảy nhanh hơn tốc độ âm thanh, còn lại chậm hơn một nửa. Trong thí nghiệm này, họ đang tìm kiếm các cặp phonon, hay sóng âm lượng tử, thay vì các cặp photon, hình thành một cách tự nhiên trong chất khí.

Một phonon ở nửa chạy chậm hơn có thể di chuyển ngược lại dòng khí, ra khỏi vách đá, trong khi phonon ở nửa chạy nhanh hơn bị mắc kẹt bởi tốc độ của dòng khí siêu thanh. Nó giống như cố gắng bơi ngược dòng điện nhanh hơn bạn có thể bơi. Nó cũng giống như ở trong một lỗ đen, một khi bạn đã ở bên trong, thì không thể đến được đường chân trời.

Khi họ tìm thấy các cặp phonon này, các nhà nghiên cứu phải xác nhận xem chúng có tương quan hay không và liệu bức xạ Hawking có không đổi theo thời gian (nếu nó đứng yên). Quá trình đó rất phức tạp vì mỗi khi họ chụp ảnh lỗ đen của mình, nó đã bị phá hủy bởi nhiệt tạo ra trong quá trình này. Vì vậy, nhóm nghiên cứu đã lặp lại thí nghiệm của họ 97.000 lần, mất hơn 124 ngày đo liên tục để tìm ra các mối tương quan. Cuối cùng, sự kiên nhẫn của họ đã được đền đáp.

Nghiên cứu này đã chứng minh rằng bức xạ Hawking đứng yên, có nghĩa là nó không thay đổi theo thời gian, đó chính xác là những gì Hawking dự đoán.

Trong kỳ tiếp theo, Wikicabinet khoa học thường thức trân trọng mời độc giả đón đọc chủ đề Khai quật 2 quan tài đá cổ của cặp vợ chồng ở công viên động vật hoang dã Israel.

Nếu có những thắc mắc hay muốn tìm hiểu về bất kỳ chủ đề nào, hãy liên hệ với Wikicabinet khoa học thường thức bằng cách bình luận ở phía dưới nhé.

Leave a Reply