csütörtök, december 08, 2016

Két, egymástól teljesen független kutatás is nagyon közel jár ahhoz, hogy bizonyítson egy négy évtizedes elméletet a fekete lyukakról. Stephen Hawking elméleti fizikus nagyjából 42 évvel ezelőtt azt állította, hogy nem mindent nyelnek el a fekete lyukak.
Fotó: Jason SzenesAz általánosan elfogadott elmélet szerint a fekete lyuk egy olyan óriási sűrűségű égitest, amelynek hatalmas tömege miatti gravitációja akkora, hogy úgynevezett eseményhorizont alakul ki körülötte. Az eseményhorizont az általános relativitáselméletben a téridőnek egy olyan határfelülete, amelyből nem jut ki semmi, még a fény sem. Egyszerűen szólva: az eseményhorizont miatt fekete a fekete lyuk, hiszen ha még a fényt is visszatartja a gravitáció, akkor feketének látjuk. Mint egy kozmikus egyirányú út, ahol minden bejuthat, de semmi sem jön ki.Az általános relativitáselméletben semmi nem szökik ki a fekete lyukból. Hawking azonban azt állítja, hogy valami mégis kijön a fekete lyukakból és ez a kvantumfizika törvényeiből következik.

Mit jelent az, hogy valami szökik a fekete lyukból? Nagyon leegyszerűsítve az egészet, az üres tér a kvantumfizika törvényei szerint soha nem teljesen üres, részecske-antirészecske párok keletkezhetnek benne. A részecskék és antirészecskék kioltják egymást és megsemmisülnek. Ha azonban az egyik egy fekete lyukba esik, a másik (a pozitív energiájú részecske) eltávolodhat tőle, észlelhetővé válik. Ez a Hawking-sugárzás.

És most átadjuk a szót Stephen Hawkingnak, aki Az idő rövid történetében magyarázza meg elméletét:
"A kilépő sugárzás pozitív energiáját a fekete lyukba áramló negatív energiájú részecskék árama egyenlíti ki. Einstein nevezetes egyenlete értelmében az energia arányos a tömeggel: E=mc2 (ahol E az energia, m a tömeg, c pedig a fénysebesség). A beáramló negatív energia tehát csökkenti a fekete lyuk tömegét. A tömeg csökkenése következtében csökken az eseményhorizont területe. Az ebből eredő entrópiacsökkenést (a lyuk belsejében) bőven meghaladja a kibocsátott sugárzás okozta entrópianövekedés, úgyhogy szó sincs a második főtétel megsértéséről.
Minél kisebb a fekete lyuk tömege, annál magasabb a hőmérséklete. Ahogy tehát fogy a fekete lyuk tömege, egyre nő a hőmérséklete és részecskekibocsátása, azaz egyre gyorsabban veszíti tömegét. Nem teljesen tisztázott még, mi történik akkor, ha a fekete lyuk végül rettenetesen kicsivé válik. Legésszerűbbnek az a feltevés látszik, hogy hatalmas végső részecskekibocsátás közepette teljesen megsemmisül; a hatás több millió H-bomba egyidejű fölrobbantásával egyenértékű."

Az elmélet elfogadottá vált a fizikusok körében, de nem sikerült bizonyítani. A fekete lyukaknál ma létező eszközökkel lehetetlen észlelni ezt a sugárzást, hiszen annyira halvány. Négy évtizeddel az elmélet megszületése után most két egymástól független kutatócsoport is azt állítja, hogy bizonyítékot találtak Hawking állításaira.

Jeff Steinhauer, az izraeli Technion University fizikusa azt állítja, hogy megtalálta a megoldást. Ha nem észlelhető a Hawking-sugárzás a természetben előforduló fekete lyukaknál, miért ne próbáljanak meg saját laboratóriumukban előállítani egyet. Jó, persze nem igazi fekete lyukat, hanem egy modellt.
Fotó: HoÚgynevezett akusztikus fekete lyukat hoztak létre. Steinhauer majdnem abszolút nulla fokra hűtötte le a héliumot, majd hangsebesség fölé gyorsította. Ez a nagyon gyors áramlás két horizontot hozott létre: ahol az áramlás szuperszónikussá válik, ott egy külső horizontot hozott létre, ahol pedig újra lelassult, ott egy belsőt. Ezek a horizontok hang-részecskepárokat (fononokat) hoztak létre és hasonlóan a fekete lyukakhoz, az egyik fonon elszökött, a másik foglyul esett. Egy fonont nem tudnak érzékelni, de sok fonont már igen. Pont mint a Hawking-sugárzásnál.
Steinhauer nem először próbálja bebizonyítani a Hawking-sugárzást, két éve is voltak hasonló kísérletei, most azonban érzékenyebb műszerekkel dolgozott. A tanulmányát még nem jelentette meg egyetlen szaklap sem, Steinhauer egyelőre csak az arXiv.org-ra töltötte fel. De több fizikus is biztatónak találta az eredményeket. Köztük Silke Weinfurtner, aki a brit University of Nottinghamben maga is a Hawking-sugárzás bizonyításán dolgozik.

Egy másik kutatócsoport is azt állítja, hogy megoldották a negyven éves problémát. Chris Adami és Kamil Bradler, a University of Ottawa fizikusai egy teljesen új módszerrel próbálkoznak. Az alapállítás ugye az, hogy az eseményhorizonton áthaladó információ és anyag teljesen eltűnik. A kvantumfizikai törvények ugyanakkor azt mondják, az energia és az információ mégiscsak meg tud szökni a fekete lyukból. Ennek az ellentétnek a feloldásával és pontos magyarázatával még adósok a fizikusok, hiszen olyan teóriára van szükség ehhez, amely egyesíti a gravitációs elméletet és a kvantumfizikát.
A két fizikus most azt állítja, hogy egy olyan elméletet alkottak, amellyel vissza tudják követni a fekete lyukak életét az időben. A bizonyításhoz nem alkottak új teóriát, nem egyesítették a gravitációs elméletet és kvantumfizikát. Hawking saját elméletét használták, egy apró csavarral.

Nagy teljesítményű számítógépekkel készítettek modelleket, hogy a fekete lyukak életét tudják szimulálni. Gondot jelentett ugyan, hogy fogalmunk sincs arról, a fekete lyukak hogyan reagálnak az őket körülvevő Hawking-sugárzás okozta mezővel. Adami saját szavaival élve, erre volt egy tudományosan jól alátámasztott ötletük. A modell igazolta Hawking elméletét. A tanulmány most a Physical Review Lettersnél vár elbírálásra.
Mint látjuk, mindkét tanulmányt még ellenőrizni kell, át kell esnie az ilyenkor szokásos elbírálásokon. De a szaklapok szerint egy lépéssel közelebb kerültünk ahhoz, hogy Stephen Hawking 42 éves elméletét bebizonyítsák. Egyesek egyenesen a Nobel-díjat emlegetik az elmélettel kapcsolatban, akkora jelentőségű lenne, ha bebizonyosodna. Vgülis Peter Higgs is 49 évet várt a Higgs-bozonra és a Nobel-díjra.

Forrás: Index

Figyelem! A cikkhez hozzáfűzött hozzászólások nem a RoTaPress.us nézeteit tükrözik. A szerkesztőség mindössze a hírek publikációjával foglalkozik, a kommenteket nem tudja befolyásolni - azok az olvasók személyes véleményét tartalmazzák. Kérjük, kulturáltan, mások személyiségi jogainak és jó hírnevének tiszteletben tartásával kommenteljenek!

Kövess bennünket a Facebookon!