Stephen Hawkings forslag om at partikler vises rundt sorte hull, nå kjent som Hawing Radiation, er blant transformasjonsideene til moderne fysikk. Likevel nesten 50 år senere har vi ennå ikke observert Hawking-stråling i verdensrommet, eller repliker det i laboratoriet. Et prosjekt har blitt dannet for å søke en analog ved hjelp av et “relativistisk flygende speil”, og nye beregninger tyder på at dette ikke er et urealistisk mål.
Hvis Hawking har rett, bør sorte hull sakte fordampe, med hver partikkel som vises utenfor hendelseshorisont drenerer masse fra det sorte hullet. Dette burde få dem til å krympe til ingenting milliarder eller billioner av år etter at de går tom for materiale til å mate dem. Faktisk kan universets endeskjebne ikke være annet enn sakte fordampende sorte hull. Hawking Radiation ser imidlertid ut til å bryte prinsippet om at informasjon må opprettholdes. Å løse dette paradokset kan inneholde nøkkelen til å adressere de tilsynelatende motsetningene mellom generell relativitet og kvantefeltteori. Dette kan i sin tur føre til teori om alt Hawking brukte mye av livet på å jage.
Gitt den nærmest umuligheten av å studere Hawking-stråling i virkeligheten, har fysikere teoretisert lettere testbare analoger. AnaBHEL-samarbeidet (Analog Black Hole Evaporation via Lasers) er etablert for å gjøre en av disse til virkelighet. I et forhåndstrykk (ennå ikke fagfellevurdert) på ArXiv.org AnaBHEL-medlemmer forklarer hvorfor de tror planen kan fungere
En av de forvirrende tingene med svarte hull for fysikere er spørsmålet om de innebærer tap av informasjon. For de fleste av oss virker dette kanskje ikke som en stor sak – vi mister informasjon hver gang vi glemmer å lagre dokumentet vi jobber med før en datakrasj, men for en fysiker er et slikt tap i strid med enhetsom sier at informasjon aldri virkelig kan gå tapt.
Dessverre kan vi ikke straffeforfølge datamaskiner som krasjer for brudd på denne fysikkloven, men fysikere har foreslått mange løsninger for å forklare hvordan Hawking-fordamping kan unngå et brudd. Å bestemme hvilken, om noen, av disse løsningene som er riktige, kan svare på noen av fysikkens største spørsmål. Imidlertid, som avisen bemerker, “Det er nesten umulig å avgjøre dette paradokset gjennom direkte astrofysiske observasjoner, ettersom typiske sorte hull i stjernestørrelse er kalde og unge, men løsningen på paradokset avhenger avgjørende av sluttstadiet til det sorte hullet. fordampning.”
Siden det å lage sorte hull i laboratoriet er langt over dagens kapasitet – og sannsynligvis vil reise noen få helse- og sikkerhetsproblemer – innebærer forslag for å løse spørsmålet vanligvis å lage en analog for Hawking-stråling, snarere enn den virkelige varen. Vi er kanskje ikke sikre på at analogen og originalen oppfører seg identisk, men det er et godt sted å begynne.
Et forslag til en slik analog innebærer å avfyre en høyintensiv laser på et plasmamål med avtagende tetthet. Dette ifølge a 2017 papir, ville skape et “relativistisk flygende speil” hvis kvantefelt ligner det rundt et svart hull. Parallellene er mer direkte enn tidligere brukt alternative metoder og derfor uten tvil bedre, inspirerende etableringen av AnaBHEL.
Selv om teorien er god, kan det hende at eksperimentet ikke fungerer hvis utstyret er utilstrekkelig, for eksempel hvis laseren ikke er kraftig nok eller detektorene ikke er følsomme nok til å fange opp all strålingen som produseres. Tross alt tok det år med leting for å finne Higgs-bosonet, fordi da jakten begynte, manglet partikkelakseleratorene den nødvendige kraften.
Artikkelen hevder at et akselererende relativistisk plasmaspeil faktisk er en god analog for et sort hull, og at oppsettet som utvikles burde være tilstrekkelig for oppgaven. En første rettssak er planlagt til sommeren. Hvis det mislykkes, vil en kraftigere laser bli brukt på samme design neste år.
Selv om eksperimentet fungerer, erkjenner forfatterne at det ikke vil løse det underliggende spørsmålet. Kartet er ikke terrenget. Vi vet at under omstendighetene til laboratoriet vil enhetlighet bli bevart. Ikke desto mindre kan det relativistiske speilet lære oss hvordan informasjonsbevaring skjer i dette miljøet, noe som kan gjenspeile det som skjer rundt et svart hull. For et så stort spørsmål er det nok en premie for å få fysikere begeistret.
[H/T New Scientist]