Φτιάχνουν μαύρες τρύπες γραφείου για να επιλύσουν φυσικές αντιφάσεις.

Από σελίδα του SciNews  22-Ιανουαρίου-2001

Οι φυσικοί στη Σκωτία προγραμματίζουν πρωτοποριακά πειράματα για να δημιουργήσουν  μικροσκοπικές, τεχνητές μαύρες τρύπες στο εργαστήριο,  που θα είναι σε θέση να απορροφήσουν  φωτεινά ή ηχητικά κύματα.

Οι ερευνητές ελπίζουν ότι οι μαύρες τρύπες του γραφείου θα παράσχουν τις σημαντικές πληροφορίες για τη θεμελιώδη συμπεριφορά της ύλης και της ενέργειας και θα βοηθήσουν για να να επιλυθούν μερικές από τις προφανείς αντιφάσεις που αποτελούν τον πυρήνα της θεωρητικής φυσικής.

Τα θεμέλια για τα πειράματα αναπτύσσονται αυτήν την περίοδο κάτω από τον καθηγητή Ulf Leonhardt και την ομάδα του στο Πανεπιστήμιο του St. Andrews, με τη χρηματοδότηση από το Ερευνητικό Συμβούλιο για την εφαρμοσμένη μηχανική και Φυσικών Επιστημών.

Στο διάστημα ως γνωστόν, μια μαύρη τρύπα διαμορφώνεται όταν καταρρέει ένα αστέρι στον ίδιοτου ευατό. Λόγω της σημαντικά συγκεντρωμένης μάζας του, έχει μιά εξαιρετικά υψηλή βαρυτική έλξη. Για να δραπετεύσει από μια μαύρη τρύπα, η ύλη ή η ενέργεια θα πρέπει να ταξιδεψει με μια ταχύτητα μεγαλύτερη από αυτή του φωτός -- κάτι που δεν είναι δυνατόν.

"Αυτό κάνει μια μαύρη τρύπα να αποτελεί μια τέλεια παγίδα,"  λέει ο καθηγητής Leonhardt.

Για τους φυσικούς, οι μαύρες τρύπες είναι ιδιαίτερα ενδιαφέρουσες επειδή συναντιούνται στο όριο των δύο τρόπων που περιγράφουν τη θεμελιώδη φύση του κόσμου: την κβαντική θεωρία, που περιγράφει τη συμπεριφορά της ύλης και της ενέργειας στο υποατομικό  επίπεδο, και την σχετικότητα, που υπολογίζει τη συμπεριφορά της ύλης  και της ενέργειας στη μεγάλη κλίμακα, συμπεριλαμβανομένης και της βαρύτητας.

Υπάρχουν προφανείς συγκρούσεις μεταξύ αυτών των δύο περιγραφών της φύσης και οι ερευνητές στο St. Andrews ελπίζουν ότι τα πειράματά τους θα μπορούσαν να βοηθήσουν να ανοίξουν νέες λεωφόρους της έρευνας για να βοηθήσουν να αναπτυχθούν κατάλληλες θεωρίες για την "κβαντική βαρύτητα."

"Πιστεύουμε ότι μπορούμε να είμαστε σε θέση να δημιουργήσουμε ένα πειραματικό σύστημα χρησιμοποιώντας   κινούμενα ρευστά, το οποίο είναι δυνατό να απορροφήσει είτε φωτεινά κύματα είτε ηχητικά κύματα, παρόμοια με μια μαύρη τρύπα," λέει ο καθηγητής Leonhardt. Εάν τα ηχητικά ή φωτεινά κύματα εισαχθούν σε ένα ρευστό που κινείται γρηγορότερα από τα κύματα, κατόπιν αυτό μπορεί να είναι σε θέση να παγιδεύσει τα κύματα, δημιουργώντας ουσιαστικά μια μικρή μαύρη τρύπα!

"Μια χρήσιμη αναλογία είναι των  ψαριών που κολυμπούν σε ένα ρεύμα που πλησιάζει έναν καταρράκτη," λέει ο καθηγητής Leonhardt. "Η ροή του ρεύματος αυξάνει όσο αυτό φτάνει πιό κοντά στον καταρράκτη. Μια στιγμή φτάνουν σε ένα σημείο όπου εκεί η ροή του ρεύματος είναι γρηγορότερη από την ταχύτητα με την οποία τα ψάρια μπορούν να κολυμπήσουν. Τα ψάρια τότε παγιδεύονται στη ροή και μπορούν να κινηθούν μόνο σε μια κατεύθυνση -- δεν έχουν καμία πιθανότητα διαφυγής."

Το τέχνασμα είναι να μειωθεί η ταχύτητα των κυμάτων.

"Εάν πάρετε έναν ατμό ορισμένων τύπων ατόμων σε πολύ χαμηλές θερμοκρασίες και περάσετε το φως ενός λέιζερ σε αυτό, οι ιδιότητες του ατμού μπορούν να αλλάξουν. Εάν ακολούθως ένα δεύτερο φως λέιζερ λάμψει μέσα στον ατμό, αυτό το φως διαδίδεται εξαιρετικά αργά -- ένα ζήτημα μόνο δεκάδων εκατοστόμετρων το δευτερόλεπτο."

Αυτό το φαινόμενο, που αποκαλείται ηλεκτρομαγνητικώς  προκληθείσα διαφάνεια (electromagnetically induced transparency), έχει μελετηθεί πολύ καλά στο St.Andrews.

"Εάν ο ατμός των ατόμων μπορεί να φτιαχθεί  έπειτα  να ρέει κατά ένα ποσοστό γρηγορότερα από την ταχύτητα των φωτεινών κυμάτων που ταξιδεύουν μέσα σε αυτό, έχετε τότε μια κατάσταση παρόμοια με τα ψάρια στο ρεύμα," λέει ο καθηγητής Leonhardt. "Το φως θα μπορούσε αποτελεσματικά να γίνει παγιδευμένο.

"Ένα άλλο πιθανό σύστημα θα μπορούσε να συμπεριλάβει ένα μικρό νέφος ατόμων που σε μια διαμόρφωση όπως το σχήμα ενός λουκουμά, με μια ακτίνα λέιζερ σε ένα κοίλο κυλινδρικό τμήμα. Είναι δυνατό να επιταχυνθούν τα άτομα σε ένα σημείο στο δαχτυλίδι του ατμού. Στις υπερβολικά χαμηλές θερμοκρασίες, τα ηχητικά κύματα μπορούν να περάσουν μέσα από το σύστημα. Η ταχύτητα του ήχου σε αυτές τις συνθήκες είναι πολύ χαμηλή, λιγότερη από αυτήν του κινούμενου ατμού. Αυτή η διαδικασία θα μπορούσε να είναι ένας τρόπος για να δημιουργηθεί μια "ηχητική μαύρη τρύπα.

"Με τη βοήθεια αυτών των πειραμάτων θα μπορούσαν να μελετηθούν οι κβαντικές ιδιότητες του φωτός ή του ήχου σε αυτές τις τεχνητές μαύρες τρύπες," είπε ο καθηγητής Leonhardt. "Οι παρατηρήσεις από τέτοια πειράματα θα μπορούσαν να επιλυθούν κάποιες από τις συγκρούσεις μεταξύ της γενικής σχετικότητας και της κβαντικής θεωρίας. Ένα ή δύο  groups στον κόσμο εργάζονται πάνω σε παρόμοια συστήματα και φαίνεται πως αυτό θα μπορούσε να αποτελέσει την αρχή ενός νέου πεδίου στην φυσική."