Η αναζήτηση για τη δοκιμή του παραδόξου της μαύρης τρύπας του Stephen Hawkings χρησιμοποιώντας έναν σχετικιστικό ιπτάμενο καθρέφτη
Η πρόταση του Στίβεν Χόκινγκ ότι τα σωματίδια εμφανίζονται γύρω από τις μαύρες τρύπες, που τώρα είναι γνωστή ως Ακτινοβολία Hawing, συγκαταλέγεται στις μετασχηματιστικές ιδέες της σύγχρονης φυσικής. Ωστόσο, σχεδόν 50 χρόνια αργότερα, δεν έχουμε ακόμη παρατηρήσει την ακτινοβολία Hawking στο διάστημα ή να την αντιγράψουμε στο εργαστήριο. Έχει δημιουργηθεί ένα έργο για την αναζήτηση ενός αναλογικού χρησιμοποιώντας έναν «σχετικιστικό ιπτάμενο καθρέφτη» και νέοι υπολογισμοί υποδηλώνουν ότι αυτός δεν είναι ένας μη ρεαλιστικός στόχος.
Εάν ο Χόκινγκ έχει δίκιο, οι μαύρες τρύπες θα πρέπει να εξατμίζονται αργά, με κάθε σωματίδιο να εμφανίζεται έξω από τον ορίζοντα γεγονότων αποστραγγίζοντας μάζα από τη μαύρη τρύπα. Αυτό θα πρέπει να τους κάνει να συρρικνωθούν σε τίποτα δισεκατομμύρια ή τρισεκατομμύρια χρόνια αφού εξαντληθεί το υλικό για να τα ταΐσει. Πράγματι, η τελική μοίρα του σύμπαντος μπορεί να μην είναι παρά οι μαύρες τρύπες που εξατμίζονται αργά. Ωστόσο, η ακτινοβολία Hawking φαίνεται να παραβιάζει την αρχή ότι οι πληροφορίες πρέπει να διατηρούνται. Η επίλυση αυτού του παραδόξου θα μπορούσε να κρατήσει το κλειδί για την αντιμετώπιση των φαινομενικών αντιφάσεων μεταξύ της Γενικής Σχετικότητας και της Κβαντικής Θεωρίας Πεδίου. Αυτό μπορεί με τη σειρά του να οδηγήσει στη θεωρία όλων όσων ο Χόκινγκ πέρασε μεγάλο μέρος της ζωής του κυνηγώντας.
Δεδομένης της σχεδόν αδύνατης μελέτης της ακτινοβολίας Hawking στην πραγματικότητα, οι φυσικοί έχουν θεωρήσει πιο εύκολα ελεγχόμενα ανάλογα. Η συνεργασία AnaBHEL (Αναλογική Εξάτμιση Μαύρης Τρύπας μέσω Λέιζερ) έχει καθιερωθεί για να κάνει ένα από αυτά πραγματικότητα. Σε μια προεκτύπωση (δεν έχει ακόμη αξιολογηθεί από ομοτίμους) στο ArXiv.org, τα μέλη της AnaBHEL εξέθεσαν γιατί πιστεύουν ότι το σχέδιο μπορεί να λειτουργήσει
Ένα από τα αινιγματικά πράγματα σχετικά με τις μαύρες τρύπες για τους φυσικούς είναι το ερώτημα εάν περιλαμβάνουν απώλεια πληροφοριών. Για τους περισσότερους από εμάς, αυτό μπορεί να μην φαίνεται μεγάλο - χάνουμε πληροφορίες κάθε φορά που ξεχνάμε να αποθηκεύσουμε το έγγραφο στο οποίο εργαζόμαστε πριν από μια πτώση του υπολογιστή, αλλά για έναν φυσικό, μια τέτοια απώλεια παραβιάζει την ενότητα, η οποία λέει ότι οι πληροφορίες δεν μπορούν ποτέ να είσαι πραγματικά χαμένος.
Δυστυχώς, δεν μπορούμε να διώξουμε τη συντριβή υπολογιστών για παραβίαση αυτού του νόμου της φυσικής, αλλά οι φυσικοί έχουν προτείνει πολλές λύσεις για να εξηγήσουν πώς η εξάτμιση του Χόκινγκ θα μπορούσε να αποφύγει μια παραβίαση. Ο προσδιορισμός ποια, εάν κάποια, από αυτές τις λύσεις είναι σωστή, θα μπορούσε να απαντήσει σε μερικά από τα μεγαλύτερα ερωτήματα της φυσικής. Ωστόσο, όπως σημειώνει η εφημερίδα, «είναι σχεδόν αδύνατο να διευθετηθεί αυτό το παράδοξο μέσω άμεσων αστροφυσικών παρατηρήσεων, καθώς οι τυπικές αστρικού μεγέθους μαύρες τρύπες είναι ψυχρές και νεαρές, ωστόσο η λύση στο παράδοξο εξαρτάται σε μεγάλο βαθμό από το τελικό στάδιο της μαύρης τρύπας. εξάτμιση."
Δεδομένου ότι η δημιουργία μαύρων τρυπών στο εργαστήριο είναι πολύ πέρα από την τρέχουσα ικανότητα – και πιθανόν να εγείρει μερικά ζητήματα υγείας και ασφάλειας – οι προτάσεις για την επίλυση του ζητήματος συνήθως περιλαμβάνουν τη δημιουργία ενός αναλόγου για την ακτινοβολία Hawking και όχι της πραγματικής. Μπορεί να μην είμαστε σίγουροι ότι το αναλογικό και το πρωτότυπο συμπεριφέρονται πανομοιότυπα, αλλά είναι ένα καλό μέρος για να ξεκινήσετε.
Μια πρόταση για ένα τέτοιο ανάλογο περιλαμβάνει την εκτόξευση ενός λέιζερ υψηλής έντασης σε έναν στόχο πλάσματος φθίνουσας πυκνότητας. Αυτό σύμφωνα με ένα έγγραφο του 2017, θα δημιουργούσε έναν «σχετικιστικό ιπτάμενο καθρέφτη» του οποίου το κβαντικό πεδίο μοιάζει με αυτό γύρω από μια μαύρη τρύπα. Οι παραλληλισμοί είναι πιο άμεσοι από τις εναλλακτικές μεθόδους που χρησιμοποιήθηκαν προηγουμένως και επομένως αναμφισβήτητα καλύτερες, εμπνέοντας την ίδρυση της AnaBHEL.
Ακόμα κι αν η θεωρία είναι καλή, ωστόσο, το πείραμα μπορεί να μην λειτουργήσει εάν ο εξοπλισμός είναι ανεπαρκής, για παράδειγμα εάν το λέιζερ δεν είναι αρκετά ισχυρό ή οι ανιχνευτές δεν είναι αρκετά ευαίσθητοι για να συλλάβουν όλη την παραγόμενη ακτινοβολία. Εξάλλου, χρειάστηκαν χρόνια αναζήτησης για να βρεθεί το μποζόνιο Higgs, επειδή, όταν ξεκίνησε το κυνήγι, οι επιταχυντές σωματιδίων που χρησιμοποιήθηκαν δεν είχαν την απαραίτητη ώθηση.
Το έγγραφο υποστηρίζει ότι ένας επιταχυνόμενος σχετικιστικός καθρέφτης πλάσματος είναι πράγματι ένα καλό ανάλογο για μια μαύρη τρύπα και ότι η διαμόρφωση που αναπτύσσεται θα πρέπει να είναι επαρκής για την εργασία. Μια πρώτη δοκιμή έχει προγραμματιστεί για αυτό το καλοκαίρι. Εάν αυτό αποτύχει, το επόμενο έτος θα εφαρμοστεί ένα πιο ισχυρό λέιζερ στο ίδιο σχέδιο.
Ακόμα κι αν το πείραμα λειτουργεί, οι συγγραφείς αναγνωρίζουν ότι δεν θα λύσει το υποκείμενο ερώτημα. Ο χάρτης δεν είναι το έδαφος. Γνωρίζουμε ότι στις συνθήκες του εργαστηρίου η ενότητα θα διατηρηθεί. Ωστόσο, ο σχετικιστικός καθρέφτης θα μπορούσε να μας διδάξει πώς γίνεται η διατήρηση πληροφοριών σε αυτό το περιβάλλον, το οποίο μπορεί να αντανακλά τι συμβαίνει γύρω από μια μαύρη τρύπα. Για μια τόσο μεγάλη ερώτηση, αυτό είναι αρκετό βραβείο για να ενθουσιαστούν οι φυσικοί.
