1974 წელს, სტივენ ჰოკინგმა წამოაყენა თეორია, რომლის მიხედვითაც, სამყაროს უბნელესი გრავიტაციული მონსტრები, შავი ხვრელები სულაც არ უნდა ყოფილიყვნენ ისეთი ვარსკვლავთმშთანმთქმელები, როგორც ეს ასტრონომებს წარმოედგინათ; ჰოკინგის აზრით, ისინი სპონტანურად გამოყოფდნენ სინათლეს — ფენომენი, რომელსაც ახლა ჰოკინგის რადიაცია ეწოდება.
პრობლემა იმაში მდგომარეობს, რომ ასტრონომებს ჯერ არასოდეს უნახავთ ჰოკინგის იდუმალი რადიაცია; თუ გავითვალისწინებთ, რომ ის ძალიან მკრთალი უნდა იყოს, ალბათ ვერც ვერასოდეს ნახავენ. სწორედ ამიტომ, მეცნიერებმა ახლახან საკუთარი შავი ხვრელები შექმნეს.
ეს ისრაელის ტექნოლოგიური ინსტიტუტის, ტექნიონის მკვლევრებმა შეძლეს. რამდენიმე ათასი ატომისგან მათ შავი ხვრელის ანალოგი შექმნეს. ისინი ცდილობდნენ დაემტკიცებინათ ჰოკინგის ორი ყველაზე მნიშვნელოვანი წინასწარმეტყველებიდან ერთი, რომლის მიხედვითაც, ჰოკინგის რადიაცია წარმოიშობა არაფრისგან და მისი სიძლიერე დროთა განმავლობაში არ იცვლება, ანუ სტაციონარულია.
„შავი ხვრელი უნდა ასხივებდეს შავი სხეულის მსგავსად, რომელიც არსებითად თბილი ობიექტია და გამუდმებით გამოყოფს ინფრაწითელ რადიაციას. ჰოკინგმა ივარაუდა, რომ შავი ხვრელები რეგულარულ ვარსკვლავებს ჰგავს, რომლებიც მუდმივად გამოყოფენ გარკვეული ტიპის რადიაციას. სწორედ ამის დადასტურება გვსურდა ჩვენს კვლევაში და ეს შევძელით“, — ამბობს კვლევის თანაავტორი, ისრაელის ტექნოლოგიური ინსტიტუტის ფიზიკის ასოცირებული პროფესორი ჯეფ სტაინჰაუერი.
მოვლენათა ჰორიზონტი
შავი ხვრელის გრავიტაცია იმდენად მძლავრია, რომ მისგან გაქცევა სინათლესაც არ ძალუძს, მას შემდეგ, რაც ფოტონი, ანუ სინათლის ნაწილაკი მის უკან არდაბრუნების წერტილს, იგივე მოვლენათა ჰორიზონტს გადაკვეთს. ამ საზღვრიდან გამოსაქცევად, ნაწილაკმა ფიზიკის კანონები უნდა დაარღვიოს და სინათლის სიჩქარეზე სწრაფად გადაადგილდეს.
როგორც ჰოკინგმა აჩვენა, მიუხედავად იმისა, რომ გაქცევა არაფერს ძალუძს, რაც მოვლენათა ჰორიზონტს გადაკვეთს, შავი ხვრელი მაინც შეიძლება სპონტანურად გამოყოფდეს სინათლეს ამ საზღვრიდან და ამის მიზეზი კვანტური მექანიკა და ე. წ. ვირტუალური ნაწილაკები უნდა იყოს.
ჰაიზენბერგის გაურკვევლობის პრინციპის მიხედვით, სივრცის სრულ ვაკუუმშიც კი არის ვირტუალური ნაწილაკები, რომლებიც უცაბედად ჩნდებიან და ქრებიან. საპირისპირო ენერგიის მქონე ეს გაკვრითი ნაწილაკები ერთმანეთს მყისიერად სპობენ. თუმცა, მოვლენათა ჰორიზონტთან არსებული უკიდურესი გრავიტაციული მიზიდვის გამო, ჰოკინგმა ივარაუდა, რომ ფოტონების წყვილი შეიძლება გაიყოს, ერთი ნაწილაკი შავმა ხვრელმა შთანთქას, მეორე კი სივრცეში გაიქცეს. შთანთქმულ ნაწილაკს უარყოფითი ენერგია აქვს და შავ ხვრელს ენერგიას მასის სახით აკლებს, გაქცეული ფოტონი კი ჰოკინგის რადიაცია ხდება. მხოლოდ ამ გზით, თუ საკმარის დროს მივცემთ (სამყაროს ასაკზე გაცილებით მეტს), შავი ხვრელი მთლიანად უნდა აორთქლდეს.
„ჰოკინგის თეორია რევოლუციური იყო, რადგან მან გააერთიანა კვანტური დარგის თეორიის ფიზიკა ზოგად ფარდობითობასთან, აინშტაინის თეორიასთან, რომელიც აღწერს, როგორ ამრუდებს მატერია სივრცე-დროს“, — ამბობს სტაინჰაუერი.
მისივე თქმით, ფიზიკურ მაგალითებზე ამ ორი თეორიის კომბინაციის შესწავლა ჯერ კიდევ გვეხმარება ფიზიკის ახალი კანონების ძებნაში. ადამიანებს ამ კვანტური რადიაციის დადასტურება გვსურს, მაგრამ რეალური შავი ხვრელის შემთხევაში ეს ძალიან რთულია, რადგან ჰოკინგის რადიაცია ზედმეტად სუსტია კოსმოსის ფონურ რადიაციასთან შედარებით
ამ პრობლემამ სტაინჰაუერსა და მის კოლეგებს საკუთარი შავი ხვრელის შექმნა შთააგონა — უსაფრთხო და რეალურზე გაცილებით პატარის.
შავი ხვრელის ანალოგი
მკვლევართა მიერ ლაბორატორიაში შექმნილი შავი ხვრელი შედგებოდა დენადი აირის დაახლოებით 8000 რუბიდიუმის ატომისგან, რომლებიც თითქმის აბსოლუტურ ნულ ტემპერატურამდე გააციეს და ადგილზე ლაზერული ნაკადით გააჩერეს. ამ გზით მათ შექმნეს მატერიის იდუმალი მდგომარეობა, ბოზე-აინშტაინის კონდენსატი (BEC), რომელშიც ათასობით ატომი ერთობლივად, უნისონში მოქმედებენ ისე, თითქოს ერთი ატომი იყოს.
მეორე ლაზერული ნაკადის გამოყენებით, ჯგუფმა პოტენციური ენერგიის შვერილი შექმნეს, რომლის გამოც, აირი ისე მიედინებოდა, როგორც წყალი ჩანჩქერიდან, შესაბამისად, წარმოქმნიდა მოვლენათა ჰორიზონტს, სადაც აირის ერთი ნახევარი ბგერის სიჩქარეზე სწრაფად მიედინებოდა, მეორე ნახევარი კი ნელა. ამ ექსპერიმენტში ჯგუფი ეძებდა აირში სპონტანურად წარმოქმნილ ფონონთა წყვილს, ანუ ტალღების კვანტურ ბგერებს და არა ფოტონთა წყვილს.
სტაინჰაუერის განმარტებით, ნელა მოძრავ ნახევარში ფონონს აირის დინების საწინააღმდეგოდ უნდა ემოძრავა, შვერილისგან შორს, სწრაფად დენად ნახევარში კი ფონონი უნდა ჩაეჭედა დენადი გაზის ზებგერით სიჩქარეს.
„წარმოიდგინეთ, რომ ცდილობთ გაცუროთ ისეთი დინების საწინააღმდეგოდ, რომელიც იმაზე ჩქარია, რომელშიც თქვენ ცურვა შეგიძლიათ. სწორედ ასე იქნება, შავ ხვრელს შიგნით რომ იყოთ — შეუძლებელია, მოვლენათა ჰორიზონტამდე მიაღწიოთ“, — ამბობს სტაინჰაუერი.
მას შემდეგ, რაც ფონონთა ასეთი წყვილი იპოვეს, მკვლევრებს ამჯერად უნდა დაედასტურებინათ, იყვნენ თუ არა ისინი თანაფარდობაში და რჩებოდა თუ არა ჰოკინგის რადიაცია დროთა განმავლობაში მუდმივი (იყო თუ არა სტაციონარული). ეს პროცესი საკმაოდ მოუხელთებელი იყო, რადგან ყოველ ჯერზე, როდესაც ისინი საკუთარ შავ ხვრელს ფოტოს უღებდნენ, მას ამ პროცესში წარმოქმნილი სიცხე ანადგურებდა. ამიტომ, ჯგუფმა საკუთარი ექსპერიმენტი 97 000-ჯერ გაიმეორა; თანაფარდობათა მოძებნისთვის საჭირო მუდმივ გაზომვებს 124 დღე დასჭირდა. საბოლოოდ, მათი მოთმინება ამად ნამდვილად ღირდა.
ვაჩვენეთ, რომ ჰოკინგის რადიაცია სტაციონარულია, ანუ დროთა განმავლობაში უცვლელია, რაც სწორედ ისაა, რასაც ჰოკინგი პროგნოზირებდა“, — ამბობს კვლევის თანაავტორი, ისრაელის ტექნოლოგიური ინსტიტუტის ფიზიკის ასოცირებული პროფესორი ჯეფ სტაინჰაუერი.
კვლევა ჟურნალ Nature Physics-ში გამოქვეყნდა.
მომზადებულია Live Science-ის მიხედვით.
