Sentetik Kara Deliklerin Gerçek Karadelikler Gibi Işıma Yaptığı Keşfedildi!

Kara delikler, Evren'deki en uç cisimlerdir. Çok küçük bir alana o kadar çok kütle toplarlar ki yeterince yakınlaşınca hiçbir şey, ışık bile, yerçekiminden kaçamaz. Kara delikleri anlamak, kozmosu yöneten en temel yasaları çözmenin anahtarıdır çünkü kara delikler en iyi test edilmiş iki fizik teorisinin sınırlarını sunar.

Bu teoriler; yerçekimini, uzay-zamanın büyük cisimlerle eğrilmesinin (büyük ölçekli) bir sonucu olarak tanımlayan genel görelilik teorisi ve fiziği en küçük uzunluk ölçeklerinde tanımlayan kuantum mekaniği teorisidir. Kara delikleri tam olarak tanımlamak için bu iki teoriyi bir araya getirip bir kuantum yerçekimi teorisi oluşturmamız gerekmektedir.

Radyasyon Yayan Kara Delikler

Bu hedefe ulaşmak için yutulanlardan ziyade kara deliklerden kaçmayı başaranlara bakmamız gerekebilir. Olay ufku, her kara deliğin etrafında bulunan ve fiziksel incelemesi yapılamayan bir sınırdır. Olay ufkunun ötesinde dışarı çıkmanın bir yolu yoktur. Ancak Stephen Hawking; her kara deliğin, ufkundaki küçük kuantum dalgalanmaları nedeniyle az miktarda termal radyasyon yayması gerektiğini keşfetti.

Ne yazık ki bu radyasyon hiçbir zaman doğrudan tespit edilmedi. Tahminlere göre her bir kara delikten gelen Hawking radyasyonu miktarı o kadar küçük ki diğer tüm cisimlerden gelen radyasyon arasında mevcut teknoloji ile tespit edilmesi imkânsız.

Peki alternatif olarak Dünya'da Hawking radyasyonunun ortaya çıkışının altında yatan mekanizmayı inceleyebilir miyiz? Amsterdam Üniversitesi ve IFW Dresden'dan araştırmacılar bunu araştırmaya başladılar. Sorunun cevabı ise heyecan verici bir ''evet''.

Laboratuvardaki Kara Delikler

Yazar Lotte Mertens şöyle söylüyor:

Bu hayret verici cisimlerin erişilemez fiziğini incelemek için yoğun madde fiziğinin güçlü araçlarını kullanmak istedik: kara delikler.

Bunu gerçekleştirmek için araştırmacılar, elektronların bir atom bölgesinden diğerine atlayabileceği tek boyutlu bir atom zincirine dayanan bir model üzerine çalıştılar. Uzay-zamanın, bir kara deliğin varlığından dolayı eğrilmesi, elektronların her bölge arasında ne kadar kolay atlayabileceğinin ayarlanması ile taklit edilmektedir.

Zincir boyunca atlama olasılığının doğru varyasyonu ile zincirin bir ucundan diğerine hareket eden bir elektron, tam olarak kara deliğin ufkuna yaklaşan bir madde parçası gibi davranacaktır. Hawking radyasyonuna benzer bir şekilde model sistem, sentetik bir ufuk varlığında ölçülebilir termal uyarımlara sahiptir.

Analoji ile Öğrenme

Model sistemde gerçek yerçekimi olmamasına rağmen bu sentetik ufkun dikkate alınması, kara deliklerin fiziği hakkında önemli bilgiler verir. Örneğin, simüle edilmiş Hawking radyasyonunun, atlama olasılığının yalnızca belirli bir uzamsal varyasyon seçimi için termal olması (sistemin sabit bir sıcaklığa sahip olduğu anlamına gelir), gerçek Hawking radyasyonunun da yalnızca belirli durumlarda termal olabileceğini düşündürür. .

Ek olarak sentetik bir kara deliğe ev sahipliği yapmaya itilmeden önce model sistem, ufuksuz bir düz uzay-zamanı taklit ederek atlama olasılıklarının uzamsal varyasyonu olmadan başladığında, Hawking radyasyonu meydana gelir. Dolayısıyla Hawking radyasyonunun ortaya çıkması, uzay-zamanın eğriliğinde bir değişiklik veya radyasyonu arayan bir gözlemcinin bu eğrilmeye yönelik algısındaki bir değişikliği gerektirir.

Son olarak Hawking radyasyonu, zincirin bir kısmının sentetik ufkun ötesinde var olmasını gerektirir. Bu demek oluyor ki; termal radyasyonun varlığı, ufkun her iki tarafında bulunan cisimler arasındaki dolanıklığın kuantum-mekanik özelliğine karmaşık bir şekilde bağlıdır.

Model çok basit olduğu için bir dizi deneysel kurulumda bu uygulanabilir. Bu; ayarlanabilir elektronik sistemleri, spin zincirlerini, ultra soğuk atomları veya optik deneyleri içerebilir. Kara delikleri laboratuvara getirmek, yerçekimi ile kuantum mekaniği arasındaki etkileşimi anlamaya ve bizi, kuantum yerçekimi teorisine bir adım daha yakınlaştırmaya olanak tanıyabilir.