Fizikçiler Laboratuvarda Bir Kara Delik Simülasyonu Yaptılar ve Kara Delik Işıldamaya Başladı

2022’de bir grup fizikçi, tek sıra halindeki atom zincirini kullanarak bir kara deliğin olay ufkunu simüle etti ve bunun sonucunda Hawking radyasyonu dediğimiz şeyin eşdeğerini gözlemledi – yani kara deliğin uzay-zamandaki kopuşunun yol açtığı kuantum dalgalanmalarındaki bozulmalardan doğan parçacıkları.

Araştırmacılar, bu bulgunun evreni tanımlamak için kullanılan iki şu anda uzlaştırılamaz çerçeveyi bir araya getirmeye yardımcı olabileceğini söylüyor: Kütleçekimin davranışını uzay-zaman adı verilen sürekli bir alan olarak tanımlayan genel görelilik teorisi ile parçacıkların davranışını olasılık matematiğiyle açıklayan kuantum mekaniği.

Evrensel olarak uygulanabilecek birleşik bir kuantum kütleçekim teorisi için bu iki bağdaşmaz teorinin bir şekilde uyum sağlaması gerekiyor. İşte burada kara delikler devreye giriyor – evrendeki en garip ve en uç nesnelerden biri olarak. Bu devasa cisimler o kadar yoğun ki, kara deliğin kütle merkezinden belli bir mesafe içinde evrende hiçbir hız, kaçış için yeterli değil. Işık hızı bile.

Bu mesafe, kara deliğin kütlesine bağlı olarak değişiyor ve olay ufku olarak adlandırılıyor. Bir nesne bu sınırı geçtiğinde, başına ne geldiğini ancak hayal edebiliriz çünkü hiçbir şey geri dönüp bize akıbetiyle ilgili bilgi vermez. Ancak 1974’te Stephen Hawking, olay ufkunun yol açtığı kuantum dalgalanmalardaki kesintilerin, termal radyasyona çok benzeyen bir tür radyasyona neden olduğunu öne sürdü.

Eğer bu Hawking radyasyonu gerçekten varsa, şu anda tespit edilemeyecek kadar zayıf. Hatta belki de evrenin gürültüsü arasından asla ayıklayamayacağız. Ama onun özelliklerini laboratuvar ortamında kara delik analogları oluşturarak inceleyebiliriz.

Daha önce de bu tür çalışmalar yapılmıştı, ancak Kasım 2022’de Hollanda’daki Amsterdam Üniversitesi’nden Lotte Mertens’in öncülük ettiği bir ekip yeni bir yöntem denedi.

Tek boyutlu bir atom zinciri, elektronların bir konumdan diğerine “zıplaması” için yol görevi gördü. Fizikçiler, bu zıplamanın ne kadar kolay gerçekleşebileceğini ayarlayarak bazı özelliklerin kaybolmasına yol açabildi; böylece elektronların dalga benzeri doğasına müdahale eden bir tür olay ufku yaratıldı.

Bu sahte olay ufkunun etkisi, ekibin söylediğine göre, ancak zincirin bir kısmı olay ufkunun ötesine uzandığında, teorik olarak beklenen kara delik sistemine eşdeğer sıcaklık artışı üretti.

Bu durum, olay ufkunun iki yanında bulunan parçacıkların dolanıklığının Hawking radyasyonu üretiminde temel bir rol oynayabileceği anlamına geliyor.

Simüle edilen Hawking radyasyonu yalnızca belirli bir zıplama genliği aralığında ve başlangıçta “düz” kabul edilen bir tür uzay-zamanı taklit eden simülasyonlar altında termal oldu. Bu da Hawking radyasyonunun yalnızca belirli durumlarda ve yerçekiminin yol açtığı uzay-zaman bükülmesindeki değişimle birlikte termal olabileceğini gösteriyor.

Bunun kuantum kütleçekim için ne anlama geldiği belirsiz, ancak bu model, kara deliğin oluşumunun çılgın dinamiklerinden etkilenmeyen bir ortamda Hawking radyasyonunun ortaya çıkışını incelemenin bir yolunu sunuyor. Ve oldukça basit olduğundan, çok çeşitli deneysel düzeneklerde kullanılabiliyor.

Araştırmacılar şöyle yazıyor:

“Bu, yoğun madde ortamlarında yerçekimi ve eğri uzay-zamanla birlikte temel kuantum-mekanik yönleri keşfetmek için yeni bir kapı açabilir.”

Bu yazı SCIENCEALERT’ de yayınlanmıştır.