Hunter

Fekete lyuk lézerrel tesztelnék Hawking elméletét

Egy skóciai laboratóriumban egy forradalmi lézer kezd testet ölteni, az első, ami egy mesterséges fekete lyukból készül.

Amint elkészül, az eszköz segíthet megerősíteni azt az egyre növekvő bizonyítékhalmazt, mely szerint a fekete lyukak - nevük és a róluk kialakult kép ellenére - fényt bocsátanak ki. A fekete lyuk-lézernek emellett gyakorlati alkalmazásokat is szánnak, olyan eszközökben, amik egy anyag tulajdonságait vizsgálják anélkül, hogy kárt tennének abban.

A lézer alapja egy jelenség, amit Stephen Hawking jövendölt meg még az 1970-es években, és amire a fizikusok azóta is vadásznak. Bár a fekete lyukak mérhetetlen gravitációjából még a fény sem képes kiszabadulni, Hawking számítása szerint a kozmikus szörnyetegeknek egy halvány izzást, egyfajta hőmérsékleti sugárzást kell kibocsátaniuk, ezt nevezik Hawking-sugárzásnak.

Mindez a kvantumelmélet egyik folyománya, ami kimondja, hogy egy vákuum valójában nem üres, hanem egy lebegő részecskéktől és antianyag ellenpárjaiktól nyüzsgő közeg. Normális esetben ezek a párok természetükből adódóan hamar kioltanák egymást, azonban ha egy fotonpár túl közel jelenik meg egy fekete lyukhoz, akkor az egyik elnyelődhet, míg a másik elszökhet. Az ebből származó izzás a természetesen kialakuló fekete lyukak esetében, mint ami galaxisunk közepén is elhelyezkedik, túl halvány ahhoz, hogy lássuk, ezért Hawking elméletének megerősítéséhez a fizikusoknak meg kellett építeniük mesterséges megfelelőiket, lemásolva az eseményhorizont fizikáját.

2010-ben Daniele Faccio, az Edinburgh-i Heriot-Watt Egyetem kutatója munkatársaival megépített egy ilyen rendszert. Mivel gravitációs eseményhorizontot elég nagy kihívás megalkotni, a potenciális veszélyeiről már nem is szólva, ezért "horizontjuk" egy üvegdarabon áthaladó lézerfény impulzus volt. Az impulzus mozgás közben átmenetileg megnövelte az üveg törésmutatóját egy gradienst alkotva, melynek nyomvonalán egy második impulzus lelassulna, ez a lassulás pedig egyre nagyobb mértéket ölt, ahogy a két impulzus távolsága csökken. A lényeg, hogy a második impulzus soha nem lenne képes áthaladni az elsőn, így az első egy eseményhorizonttá válik az második szemszögéből. A kutatók fotontöbblet kiáramlást észleltek horizontjukból, amire a Hawking-sugárzás bizonyítékaként tekintettek. Más fizikusok azonban nem ismerik el ezt az eredményt, mondván, a csapat nem valódi fekete lyukkal dolgozott. Hamarosan azonban a Heriot-Watt csapat képes lehet elkészíteni fekete lyuk modelljüket, ami már meggyőzőbben bizonyíthatja Hawking jövendölését.

Hogyan lehet lézerekkel fekete lyukat előállítani? A hagyományos lézerek fényüket két tükör, valamit egy félvezető anyag, az úgynevezett gerjesztett médium segítségével erősítik fel. Ahogy a fotonok oda-vissza pattognak a tükrök között izgatni kezdik a gerjesztett médium atomjait, amik az eredetiekkel megegyező frekvenciával rendelkező fotonokat bocsátanak ki, végül egy lézer fénysugarat eredményezve. 1999-ben Ted Jacobson, az amerikai Maryland Egyetem tudósa felvetette a két tükör lecserélésnek ötletét egy fekete lyukra, és ellentettjére, egy fehér lyukra. A természetben soha nem észlelt fehér lyuk lehetővé tenné a fotonok előbukkanását, azonban nem tenné lehetővé a beáramlásukat. Faccio csapata kidolgozta, hogyan ültethetnék át Jacobson ötletét a gyakorlatba. Tervük szerint két fényimpulzust küldenek át gyors egymásutánban egy mesterséges gyémánton, ami egy fekete lyukban megbúvó mesterséges fehér lyuk megfelelője lenne. "Kozmológiai szempontból nem sok értelme van, egyszerűen képtelenség. Ezekben a laboratóriumi modellekben azonban megoldható" - mondta Faccio.

A horizontok közé beinjektált fény oda-vissza pattogna, mivel a fehér lyukba nem tud belépni, ugyanakkor a fekete lyukból nem tud kilépni. Amennyiben a Hawking-sugárzás létezik, a pattogás közben felerősödik, lézer fényt alkot és sokkal könnyebb lesz az észlelése, mint a korábbi kísérletek többlet sugárzásáé. A hagyományos lézerekkel ellentétben az így keletkező fény folyamatosan változtatja frekvenciáját, vagy színét haladása közben, véli Faccio. Ez annak köszönhető, hogy a két egymással szemben elhelyezkedő tükörrel ellentétben a fekete- és a fehér lyuk eseményhorizontjai ellentétes hatást gyakorolnak a nekik csapódó fotonokra. Amint a fény feltűnik a fehér lyuk eseményhorizontján, ahol a törésmutató hirtelen megnő, hullámhossza felgyűrődik, akárcsak egy rajzfilm falnak csapódó autója, eredeti színe "kékeltolódással" az ultraibolya tartomány felé tolódik. Amikor visszapattan a fekete lyuk eseményhorizontjára, pontosan ennek az ellentettje következik be, a fény elnyúlik az infravörös tartomány felé. "Ez egy igazán különös lézer, mivel a fénye folyamatos két szélsőség között mozog" - mondta Faccio.

A csapat már elkészült a lézer fehér lyuk felével, jelenleg a fekete lyuk részen dolgoznak, majd megkísérlik előidézni a Hawking-sugárzást. A kísérlethez egy 0,5 milliméteres gyémántot használnak, ami az összes hullámhossz számára átlátszó. Faccio bizakodó, mondván, a fehér lyuk azon tulajdonságai, melyek kékeltolódást idéznek elő a fénynél, ugyanazon matematikából erednek, mint Hawking egyenletei, vagyis ha a kékeltolódást észlelik, akkor a vöröseltolódásból adódó megnyúlásnak is jelen kell lennie.

Jacobson azonban nem igazán bízik abban, hogy ez a rendszer képes lesz akárcsak megközelítőleg visszaadni egy valódi fekete lyukat, ezáltal megfelelő bizonyítékokat szolgáltatni a jelenségre. Mindezektől függetlenül Faccio találmánya több területen is alkalmazható lehet. Az így kapott alacsony energiájú terahertzes hullámok alkalmasak az anyagok sérülés nélküli szondázására, ami jól jöhet a reptéri biztonsági rendszereknél, ugyanakkor több laboratóriumi alkalmazásnál is hasznát vehetik, tette hozzá Faccio.

Hozzászólások

A témához csak regisztrált és bejelentkezett látogatók szólhatnak hozzá!
Bejelentkezéshez klikk ide
(Regisztráció a fórum nyitóoldalán)
  • Shiny Copperpot #62
    Nem mondom, arc, az van.
  • fszrtkvltzttni #61
    "A hagyományos lézerek fényüket két tükör, valamit egy félvezető anyag, az úgynevezett gerjesztett médium segítségével erősítik fel. Ahogy a fotonok oda-vissza pattognak a tükrök között izgatni kezdik a gerjesztett médium atomjait, amik az eredetiekkel megegyező frekvenciával rendelkező fotonokat bocsátanak ki, végül egy fókuszált lézer fénysugarat eredményezve."

    Ez nagyon gáz. Fogalomzavaros tükörfordítás! Hol volt az eredetiben félvezetőről (semiconductor) szó?! Cseréljétek már le a következőre:
    "A hagyományos lézerek (Light Amplification by Stimulated Emission of Radiation, indukált emisszió általi fényerősítés) a fényüket két párhuzamosan elhelyezkedő tükör és a köztük lévő aktív közeg segítségével állítják elő. Ezt a rendszert együtt optikai rezonátornak nevezik. Első lépésben az aktív közeget gerjesztik, un. populáció inverziót hozva létre. Ezután a kezdetben spontán emittálódó fotonok, a nagy fényvisszaverő képességű tükröknek köszönhetően újra és újra visszatérnek a gerjesztett aktív közegbe, ahol indukált emissziót váltanak ki. Mivel az indukált emisszióban keletkező fotonok iránya (és fázisa) azonos az emittálódásukat kiváltó fotonok irányával (és fázisával), ezért a lézer fény jól fókuszált (és koherens) lesz."

    esetleg még ezt oda lehet írni:
    "Mivel az indukált emisszió a keletkező fotonok számával arányosan erősödik, a folyamat öngerjesztő, és a fotonok száma időben exponenciálisan nő, egészen addig amíg az aktív közegben fennáll a populáció inverzió. Éppen ezért megfelelő aktív közeg és gerjesztés segítségével rövid időre akár extrém nagy (néhány femtoszekundumig akár petawatt nagyságrendű!) teljesítményt is el lehet érni. A ... kutatói hasonló elven működő eszközt kívánnak létrehozni, hogy ezzel felerősítsenek egy gyenge, a fekete lyukak Hawking-sugárzásához hasonló, laborban létrehozható effektust. Az eszköznek, ha működik, jelentős gyakorlati haszna lehet, mivel a hagyományosnál jóval kisebb hullámhosszon működő kompakt lézer megépítését tenné lehetővé, mellyel nem destruktív anyagszerkezeti vizsgálatokat lehetne végezni. Összehasonlításképpen: jelenleg hasonló vizsgálatokat csak nagy és drága részecskegyorsítók segítségével előállított szinkrotronsugárzással lehet végrehajtani."

    Ennél többet ez az egész nem érdemel! A részleteit úgyis csak az a fizikus érti aki erre a területre szakosodott! Adok egy tippet a cikkírónak. Máskor olvassa el az eredeti szöveget, amit nem ért annak olvasson utána, majd a végén írja le amit megértett, többet NE! Mert, ad egy, úgyis hülyeséget fog írni, ad kettő, a maradék csak a pénzt utaló értelmi fogyatékosoknak szóló marketing szarság! Sajnos!

    A nem bölcsész nyelvészkedőknek:
    Hogy keletkeznek a szavak? Szakzsargon? Úzus? Vannak szabályok és vannak kivételek! Mert akiknek fontos annak pont úgy egyértelmű! De te, aki nem értesz se a nyelvészethez, se a témához, te aztán osztod az észt! Gratulálok! És az egészet arra alapozod, hogy az ott nem egy lyuk! Definiáld már a lyukat, mielőtt ilyen erős kijelentéseket teszel! Aztán bizonyítsd már be, hogy az ott nem egy lyuk!
  • fszrtkvltzttni #60
    végre letelt az egy nap, a [email protected] abba aki ezt kitalálta, de főleg abba aki lecserélte a bejelentkezést email címre...
  • nextman #59
    A holdon meg lehetne csinalni a legkozelebbi expedicio soran:)
  • Irasidus #58
    Szintén egy kiegészítés. Nem csak nagy tömegű csillagból lehet feketelyuk. A galaxisok közepén lévő feketelyukak, vagy kvazárok nem csillagból lettek (a közepes méretű feketlyukak szintén). Illetve a féreglyukak nem csak (Kerr féle) "feketlyukakban" lehet keresni, és persze mint említetted is ez egyenlőre csak hipotézis.
  • Kryon #57
    Annál azért ez egy "csöppet" bonyolultabb, de ha úgy vesszük igen, csináltak egy spéci tükröt :D
  • willcox #56
    Ezzel az erővel simán használhattak volna egy mezei tükröt is, mert onnan sem jön ki a fény a másik oldalra :)
  • willcox #55
    Én sem vagyok bölcsész.
  • Kryon #54
    Amúgy, hogy a témához is szóljak, ha jól értelmezem lényegében arról van szó, hogy olyan kísérleti analógiát akarnak találni, amivel laboratóriumi körülmények között reprodukálhatják az eseményhorizontnak ezt a tulajdonságát, vagyis az egyik irányból átléphetetlen. Csak sajnos valószínűleg ezzel a kísérlettel sem győzik meg a többi fizikust, ugyanis a kísérleti elrendezést leíró matematika hiába nagyon hasonló egy fekete lyuk eseményhorizontját leíróhoz, ordít róla hogy a két jelenség mögött álló fizika teljesen más.
  • Kryon #53
    Távol álljon tőlem hogy személyeskedjek, egyszerűen csak adta magát a poén, miután egy tudományos hír alatt szépirodalmi fórummá változott a topik :D