Нов експеримент със скорост на деформация най-накрая може да предложи

Нов опит със скорост на дисторция най-сетне може да предложи косвен тест на най-известното предсказване на Стивън Хокинг за черните дупки.

Новото проучване допуска, че посредством тласкане на атом да стане незабележим, учените биха могли да зърнат ефирното квантово зарево, което обгръща обекти, пътуващи със скорост, близка до тази на светлината.

Ефектът на зарево, наименуван резултат Unruh (или Fulling-Davies-Unruh), кара пространството към бързо ускоряващи се обекти видимо да бъде запълнено от рой от виртуални частици, окъпващи тези обекти в топло зарево. Тъй като резултатът е тясно обвързван с резултата на Хокинг – при който виртуални частици, известни като радиация на Хокинг, непринудено изскачат по ръбовете на черните дупки – учените от дълго време означават единия като намек за съществуването на другия.

Но забелязването на който и да е от двата резултата е необикновено мъчно. Радиацията на Хокинг се появява единствено към ужасяващата бездна на черна дупка и постигането на ускорението, належащо за резултата на Unruh, евентуално ще изисква деформиране. Сега едно революционно ново предложение, оповестено в изследване от 26 април в списанието Physical Review Letters, може да промени това. Неговите създатели споделят, че са разкрили механизъм за трагично увеличение на силата на резултата Unruh посредством техника, която дейно може да направи материята невидима.

„ Сега най-малко знаем, че има късмет в живота ни да забележим този резултат “, сподели в изказване съавторът Вивишек Судхир, помощник по машинно инженерство в Масачузетския софтуерен институт и дизайнер на новия опит. „ Това е сложен опит и няма гаранция, че ще успеем да го създадем, само че тази концепция е най-близката ни вяра. “

Предложен за първи път от учени през 70-те години на предишния век, резултатът Unruh е едно от многото предсказания, които произлизат от квантовата доктрина на полето. Според тази доктрина няма такова нещо като празен вакуум. Всъщност всеки джоб на пространството е препълнен с безкрайни квантови трептения, които, в случай че им бъде дадена задоволително сила, могат непринудено да изригнат в двойки частица-античастица, които съвсем неотложно се унищожават взаимно. И всяка парченце — било то материя или светлина — е просто локализирано възбуждане на това квантово поле.

През 1974 година Стивън Хокинг предвижда, че рисковата гравитационна мощ, която се усеща по ръбовете на черните дупки – техните хоризонти на събития – също ще сътвори виртуални частици.

Гравитацията, съгласно общата доктрина на относителността на Айнщайн, изкривява пространство-времето, тъй че квантовите полета стават по-изкривени, колкото повече се приближават до голямото гравитационно привличане на сингулярността на черната дупка. Поради несигурността и странността на квантовата механика, това изкривява квантовото поле, създавайки неравномерни джобове от друго движещо се време и следващи пикове на сила в полето. Именно тези енергийни несъответствия карат виртуалните частици да се появяват от това, което наподобява като нищо в периферията на черните дупки.

„ Смята се, че черните дупки не са напълно черни “, сподели в изказване водещият създател Барбара Шода, докторант по физика в Университета на Ватерло в Канада. „ Вместо това, както откри Стивън Хокинг, черните дупки би трябвало да излъчват радиация. “

Подобно на резултата на Хокинг, резултатът Unruh също основава виртуални частици посредством странното обединение на квантовата механика и релативистичните резултати, предсказани от Айнщайн. Но този път, вместо изкривяванията да бъдат породени от черните дупки и общата доктрина на относителността, те идват от близки скорости на светлината и специфичната доктрина на относителността, която диктува, че времето тече по-бавно, колкото по-близо един обект се доближава до скоростта на светлината.

Според квантовата доктрина, стационарен атом може да усили силата си единствено като изчака същински фотон да възбуди един от неговите електрони. За ускоряващ се атом обаче флуктуациите в квантовото поле могат да се прибавят, с цел да наподобяват като същински фотони. От позиция на ускоряващия се атом, той ще се движи през навалица от топли светлинни частици, всички от които го нагряват. Тази топлота би била издайнически знак за резултата на Unruh.

Но ускоренията, нужни за реализиране на резултата, са надалеч оттатък силата на всеки действителен ускорител на частици. Един атом би трябвало да се форсира до скоростта на светлината за по-малко от една милионна част от секундата – изпитвайки мощ от квадрилион метра в секунда на квадрат – с цел да създаде искра, задоволително парещ, с цел да може да забележи настоящите детектори.

„ За да видите този резултат за къс интервал от време, ще би трябвало да имате някакво необикновено ускоряване “, сподели Судхир. „ Ако вместо това имахте някакво рационално ускоряване, ще би трябвало да изчакате голямо количество време – по-дълго от възрастта на Вселената – с цел да видите измерим резултат.

За да създадат резултата изпълним, откривателите оферират гениална опция. Квантовите флуктуации се уплътняват от фотоните, което значи, че атом, принуден да се движи през вакуум, до момента в който е ударен от светлина от лазер с висок интензитет, на доктрина може да докара до резултата на Unruh, даже при относително дребни ускорения. Проблемът обаче е, че атомът може да взаимодейства и с лазерната светлина, поглъщайки я, с цел да увеличи енергийното равнище на атома, произвеждайки топлота, която би заглушила топлината, генерирана от резултата на Unruh.

Но откривателите откриват още едно решение: техника, която назовават ​​прозрачност, провокирана от ускоряване. Ако атомът е заставен да следва доста характерен път през поле от фотони, атомът няма да може да „ вижда “ фотоните с избрана периодичност, което ги прави всъщност невидими за атома. Така че посредством поредно свързване на всички тези заобиколни решения екипът ще може да тества за резултата на Unruh при тази характерна периодичност на светлината.

Превръщането на този проект в действителност е сложна задача. Учените възнамеряват да изградят ускорител на частици с лабораторен размер, който ще форсира електрона до скорости на светлината, до момента в който го удря с микровълнов лъч. Ако съумеят да открият резултата, те възнамеряват да проведат опити с него, изключително тези, които ще им разрешат да изследват вероятните връзки сред теорията на относителността на Айнщайн и квантовата механика.

„ Теорията на общата доктрина на относителността и теорията на квантовата механика сега към момента са ненапълно в несъгласие, само че би трябвало да има сплотяваща доктрина, която разказва по какъв начин действат нещата във Вселената “, споделя съавторът на изслидването Ахим Кемпф, професор по приложна математика в Университета Ватерло. „ Търсихме метод да обединим тези две огромни теории и тази работа ни оказва помощ да се сближим, като отваря благоприятни условия за тестване на нови теории против опити. “

Публикувано в Live Science.