Glavni Novice Eksperiment Warp pogona za spreminjanje atomov v nevidnost bi lahko končno preizkusil najbolj znano napoved Stephena Hawkinga

Eksperiment Warp pogona za spreminjanje atomov v nevidnost bi lahko končno preizkusil najbolj znano napoved Stephena Hawkinga

To

Pospeševalni objekt, ki potuje s hitrostjo blizu svetlobne hitrosti, bi moral biti obdan z rojem rahlo svetlečih se delcev, glede na Unruhov učinek. (Zasluge za sliko: EDUARD MUZHEVSKYI / ZNANSTVENA KNJIŽNICA FOTOGRAFIJ prek Getty Images)

Nov poskus hitrosti izkrivljanja bi lahko končno ponudil posreden preizkus najbolj znane napovedi slavnega fizika Stephena Hawkinga o črnih luknjah.

Novi predlog nakazuje, da se s spodbujanjem an atom da bi postali nevidni, bi znanstveniki lahko ujeli bežen pogled na eterično kvantni sij, ki objame predmete, ki potujejo s hitrostjo blizu svetlobne.

Učinek sijaja, imenovan učinek Unruh (ali Fulling-Davies-Unruh), povzroči, da prostor okoli hitro pospešenih predmetov navidezno napolni roj navideznih delcev, ki te predmete kopa v toplem sijaju. Ker je učinek tesno povezan s Hawkingovim učinkom – pri katerem se virtualni delci, znani kot Hawkingovo sevanje, spontano pojavijo na robovih črnih lukenj – znanstveniki že dolgo nestrpno želijo opaziti enega kot namig obstoja drugega.

Sorodno: 'Delec X' iz zore časa, odkrit v velikem hadronskem trkalniku

Toda opaziti kateri koli učinek je neverjetno težko. Hawkingovo sevanje se pojavi le okoli grozljivega prepada črne luknje in za doseganje pospeška, potrebnega za Unruhov učinek, bi verjetno potreboval pogon warp. Zdaj pa prelomen nov predlog, objavljen v študiji 26. aprila v reviji Physical Review Letters , lahko to spremeni. Njegovi avtorji pravijo, da so odkrili mehanizem za dramatično povečanje moči Unruhovega učinka s tehniko, ki lahko učinkovito spremenizadevaneviden.

'Zdaj vsaj vemo, da obstaja možnost, da v našem življenju dejansko opazimo ta učinek,' je soavtor Vivishek Sudhir, docent za strojništvo na MIT in načrtovalec novega eksperimenta. je dejal v izjavi . 'To je težek eksperiment in ni nobenega zagotovila, da nam bo uspelo, vendar je ta ideja naše največje upanje.'

Unruhov učinek, ki so ga prvič predlagali znanstveniki v sedemdesetih letih prejšnjega stoletja, je ena od mnogih napovedi, ki izhajajo iz kvantne teorije polja. Po tej teoriji prazen vakuum ne obstaja. Pravzaprav je vsak žep prostora natrpan z neskončnimi vibracijami kvantnega obsega, ki lahko, če dobijo dovolj energije, spontano izbruhnejo v pare delec-antidelec, ki se skoraj takoj uničijo. In vsak delec - naj bo snov ali svetloba - je preprosto lokalizirano vzbujanje tega kvantnega polja.

Leta 1974 je Stephen Hawking napovedal, da bo ekstremna gravitacijska sila, ki jo čutimo na robovih črnih lukenj – njihovih obzorjih dogodkov – ustvarila tudi virtualne delce.

Gravitacija, po Einsteinovi teoriji splošnegarelativnost, izkrivlja prostor-čas , tako da se kvantna polja bolj izkrivljajo, čim bližje se neizmernemu gravitacijskemu vlečenju črne luknje singularnost . Zaradi negotovosti in nenavadnosti kvantne mehanike to izkrivlja kvantno polje, ustvarja neenakomerne žepe različno gibajočega se časa in kasnejše skoke energije po polju. Zaradi teh energijskih neskladij navidezni delci nastanejo iz nečesa, kar se zdi nič na obrobju črnih lukenj.

'Črne luknje naj ne bi bile povsem črne,' je glavna avtorica Barbara Šoda, doktorska študentka fizike na Univerzi Waterloo v Kanadi. je dejal v izjavi . 'Namesto tega, kot je odkril Stephen Hawking, bi morale črne luknje oddajati sevanje.'

Podobno kot Hawkingov učinek tudi Unruhov učinek ustvarja virtualne delce s čudnim zlivanjem kvantne mehanike in relativističnih učinkov, ki jih je napovedal Einstein. Toda tokrat namesto popačenja, ki bi jih povzročile črne luknje in teorija splošne relativnosti, izvirajo iz skoraj svetlobnih hitrosti in posebne relativnosti, ki narekuje, da čas teče počasneje, čim bližje se predmet svetlobni hitrosti.

Po kvantni teoriji lahko stacionarni atom poveča svojo energijo le tako, da čaka, da pravi foton vzbudi enega od njegovihelektroni. Pri pospeševalnem atomu pa lahko nihanja v kvantnem polju izgledajo kot pravi fotoni. Z vidika pospešenega atoma se bo gibal skozi množico toplih svetlobnih delcev, ki ga vsi segrejejo. Ta vročina bi bila znak Unruhovega učinka.

Toda pospeški, potrebni za doseganje učinka, daleč presegajo moč katerega koli obstoječega pospeševalnika delcev. Atom bi moral pospešiti do svetlobne hitrosti v manj kot milijoninki sekunde – doživeti g silo kvadrilijonov metrov na sekundo na kvadrat – da bi proizvedel dovolj vroč sij, da bi ga trenutni detektorji opazili.

'Da bi videli ta učinek v kratkem času, bi morali imeti nekaj neverjetnega pospeška,' je dejal Sudhir. Če bi namesto tega imeli nekaj razumnega pospeška, bi morali čakati ogromno časa – dlje od starosti vesolje — videti merljiv učinek.'

Da bi bil učinek uresničljiv, so raziskovalci predlagali genialno alternativo. Fotoni zgostijo kvantne fluktuacije, kar pomeni, da bi atom, ki se premika skozi vakuum, medtem ko ga zadene svetloba visokointenzivnega laserja, teoretično lahko povzroči Unruhov učinek, tudi pri dokaj majhnih pospeških. Težava pa je v tem, da bi lahko atom deloval tudi z lasersko svetlobo in jo absorbiral, da bi zvišal raven energije atoma, pri čemer bi proizvedel toploto, ki bi preglasila toploto, ki jo ustvari Unruhov učinek.

Toda raziskovalci so našli še eno rešitev: tehniko, ki jo imenujejo prosojnost, ki jo povzroča pospešek. Če je atom prisiljen slediti zelo specifični poti skozi polje fotonov, atom ne bo mogel 'videti' fotonov določene frekvence, zaradi česar so za atom v bistvu nevidni. Tako bi ekipa z verižnim povezovanjem vseh teh rešitev lahko testirala učinek Unruh pri tej specifični frekvenci svetlobe.

Uresničitev tega načrta bo težka naloga. Znanstveniki nameravajo zgraditi pospeševalnik delcev v laboratorijski velikosti, ki bo pospešil elektron do svetlobne hitrosti, medtem ko ga bo udaril z mikrovalovnim žarkom. Če jim bo uspelo zaznati učinek, nameravajo z njim izvesti poskuse, predvsem tiste, ki jim bodo omogočili raziskovanje možnih povezav med Einsteinovo teorijo relativnosti in kvantno mehaniko.

'Teorija splošne relativnosti in teorija kvantne mehanike sta trenutno še nekoliko v nasprotju, vendar mora obstajati enotna teorija, ki opisuje, kako stvari delujejo v vesolju,' je soavtor Achim Kempf, profesor uporabne matematike na Univerza Waterloo, je dejal v izjavi . 'Iskali smo način, kako združiti ti dve veliki teoriji, in to delo nam pomaga približati z odpiranjem priložnosti za testiranje novih teorij proti eksperimentom.'

Zanimivi Članki