Met behulp van een keten van atomen in een enkel bestand om de gebeurtenishorizon van een zwart gat te modelleren, observeerden natuurkundigen het equivalent van wat we noemen Hawking-straling - deeltjes die zijn ontstaan uit de verstoring van kwantumfluctuaties veroorzaakt door de ruimte-tijdkloof van een zwart gat.
Dit, zeggen ze, zou kunnen helpen bij het oplossen van de tegenstelling tussen twee momenteel onverenigbare kaders voor het beschrijven van het universum: algemene relativiteit, die het gedrag van zwaartekracht beschrijft als een continu veld dat bekend staat als ruimte-tijd, en kwantummechanica, dat het gedrag van afzonderlijke deeltjes beschrijft. wiskundige waarschijnlijkheden gebruiken Om een uniforme theorie van kwantumzwaartekracht te creëren die universeel kan worden toegepast, moeten deze twee onverenigbare theorieën op de een of andere manier met elkaar overweg kunnen.
Dit is waar zwarte gaten een rol spelen - misschien wel de vreemdste, meest extreme objecten in het universum. Deze massieve objecten zijn zo ongelooflijk dicht dat op een bepaalde afstand van het massamiddelpunt van het zwarte gat geen enkele snelheid in het universum voldoende is om te ontsnappen. Zelfs de snelheid van het licht. Deze afstand, die afhangt van de massa van het zwarte gat, wordt genoemd gebeurtenishorizon. Zodra een object zijn grens overschrijdt, kunnen we ons alleen maar voorstellen wat er gebeurt, aangezien er niets wordt geretourneerd met essentiële informatie over zijn lot.
Maar in 1974 suggereerde Stephen Hawking dat onderbrekingen in kwantumfluctuaties veroorzaakt door de waarnemingshorizon leiden tot een soort straling die sterk lijkt op thermische straling. Als deze Hawking-straling bestaat, is het te zwak om te detecteren. We zullen het misschien nooit kunnen scheiden van de sissende ruis van het universum. Maar we kunnen de eigenschappen ervan onderzoeken door analogen van zwarte gaten te maken in laboratoriumomstandigheden.
Dit is al eerder gedaan, maar in een vorig jaar gepubliceerde studie onder leiding van Lotta Mertens van de Universiteit van Amsterdam in Nederland, deden natuurkundigen iets nieuws. Een eendimensionale keten van atomen diende als een pad voor elektronen om van de ene positie naar de andere te "springen". Door het gemak waarmee deze sprongen kunnen optreden te veranderen, kunnen natuurkundigen ervoor zorgen dat bepaalde eigenschappen verdwijnen, waardoor in feite een soort gebeurtenishorizon ontstaat die interfereert met de golfachtige aard van elektronen.
Het effect van deze valse waarnemingshorizon veroorzaakte een temperatuurstijging die voldeed aan de theoretische verwachtingen van een gelijkwaardig systeem van zwarte gaten, maar alleen wanneer een deel van de keten zich voorbij de waarnemingshorizon uitstrekte. Dit kan betekenen dat de verstrengeling van deeltjes die de waarnemingshorizon overschrijden een belangrijke rol speelt bij het genereren van Hawking-straling.
De gesimuleerde Hawking-straling was alleen thermisch voor een bepaald bereik van piekamplitudes, en in simulaties die begonnen met het simuleren van een bepaald type ruimtetijd waarvan werd aangenomen dat het 'plat' was. Dit geeft aan dat Hawking-straling alleen thermisch kan zijn in bepaalde situaties wanneer er een verandering is in de kromming van ruimte-tijd onder invloed van de zwaartekracht.
Het is niet duidelijk wat dit betekent voor kwantumzwaartekracht, maar het model biedt een manier om de verschijning van Hawking-straling te bestuderen in een medium dat niet wordt beïnvloed door de wilde dynamiek van de vorming van zwarte gaten. En omdat het zo eenvoudig is, kan het worden gebruikt in een breed scala aan experimentele omgevingen, zeggen de onderzoekers.
"Dit kan mogelijkheden bieden voor het bestuderen van fundamentele kwantummechanische aspecten, evenals zwaartekracht en kromgetrokken ruimte-tijd in verschillende omstandigheden van gecondenseerde materie", leggen de natuurkundigen uit in hun artikel.
Ook interessant:
- Zes geboden van kunstmatige intelligentie
- 10 ontdekkingen die bewijzen dat Einstein gelijk heeft over het universum En 1, die ontkent