هیوا
21st July 2009, 10:05 PM
محققان موفق شده‌اند با استفاده از چگالش بوز-اينشتين، سياه‌چاله‌اي براي امواج صوتي ايجاد كنند و با كمك آن به آزمون دقيق‌تر تئوري تابش هاوكينگ بپردازند.
به گزارش نيوساينتيست (http://www.newscientist.com/article/dn17319-physicists-create-black-hole-for-sound.html?full=true&print=true)، اين سياه‌چاله مصنوعي كه به جاي نور، صوت را به دام مي‌اندازد، با هدف اثبات نظريه تابش هاوكينگ توسط دانشمندان طراحي و ساخته شده است. تئوري تابش كه حدود 30 سال پيش توسط استيفن هاوكينگ، فيزيكدان نامي انگليسي مطرح شده، توضيح مي‌دهد سياه‌چاله‌ها نه كاملا سياه، كه خاكستري‌اند و مقداري انرژي از آنها تبخير مي‌شود. هاوكينگ پيش‌بيني كرد ميلياردها سال قبل كه جهان تازه به وجود آمده بود، ريزسياه‌چاله‌هايي نيز تشكيل شدند كه از آن زمان تاكنون تبخير شده‌اند و اكنون بايد در آستانه انفجار باشند.
سياه‌چاله‌ها وقتي به وجود مي‌آيند كه ماده به‌قدري متراكم شود تا هيچ‌چيز نتواند از گرانش قدرتمند آن بگريزد. در اين شرايط كه به نقطه تكيني موسوم است، گرانش آن‌قدر عظيم است كه حتي نور نمي‌تواند از مرزهاي اين جسم كه افق رويداد ناميده مي‌شود، عبور كند. گويي اين جسم به چاله‌اي تاريك تبديل شده كه هيچ چيز از آن نمي‌تواند بيرون بيايد.
اما فيزيكدانان توانسته‌اند سياه‌چاله‌اي با اين خصوصيات را براي به دام انداختن صدا ايجاد كنند. آنها با استفاده از حالت خاصي از ماده به سرعتي بالاتر از سرعت متوسط صوت دست يافته‌اند و به‌وسيله آن، تله‌اي براي امواج صوتي ايجاد كرده‌اند. براي درك بهتر محيط اين دام، ماهي‌اي را در نظر بگيريد كه مي‌خواهد در رودخانه‌اي پرشتاب شنا كند. صدا هم مانند اين ماهي، ميان جريان طوفان‌وار افق رويداد به دام خواهد افتاد.http://www.newscientist.com/data/images/ns/cms/dn17319/dn17319-1_300.jpg
حالت كوانتومي
علم فيزيك براي توليد اين سياه‌چاله‌ها از حالت خاصي از ماده كه چگالش بوز- اينشتين ناميده مي‌شود، بهره مي‌گيرد. اين حالت كوانتومي از ماده كه معمولا حالت پنجم ماده ناميده مي‌شود، در دماهاي بسيار پايين و نزديك به صفر مطلق (حدود 273 درجه سانتي‌گراد زير صفر) اتفاق مي‌افتد و طي آن، مجموعه اتمها مانند يك اتم واحد رفتار مي‌كنند.
اريك كرنل از دانشگاه كلرادو كه همراه با دو دانشمند ديگر، جايزه نوبل فيزيك 2001 / 1380 را براي گسترش چگالش بوز -اينشتين بدست آورد؛ در اين‌باره مي‌گويد: «اين مواد به‌گونه‌اي طراحي شده‌اند كه ذرات آنها سرعت حركتي مافوق صوت دارند، به همين دليل فيزيكدانان براي ايجاد سياه‌چاله صوتي به سراغ آنها رفته‌اند».
محققان ابتدا حدود 100 هزار اتم روبيديوم باردار را تا دماي چند ميليارديم بالاي صفر مطلق سرد كرد و آنها را درون يك ميدان مغناطيسي به‌دام انداخت. سپس با استفاده از پرتوي ليزر، يك چاه پتانسيل الكتريكي ايجاد كردند تا اتمها را جذب كند و باعث شود در اطراف آن، سرعتي بالاتر از سرعت صوت در ماده داشته باشد.
اين مرحله جريان مافوق صوتي را ايجاد مي‌كند كه حدود 8 هزارم ثانيه دوام مي‌آورد و به صورت موقت، سياه‌چاله‌اي صوتي را به وجود مي‌آورد كه قادر است، صدا را در ميان بگيرد و به آن اجازه عبور ندهد. نتيجه چنين آزموني مي‌تواند بسيار جالب توجه باشد و به شناخت بهتر تابش هاوكينگ منتهي شود.
http://pr.caltech.edu/periodicals/336/images/Volume%203/10-16-03/hawking.jpg
تابش هاوكينگ
مكانيك كوانتوم مي‌گويد جفت ذره‌ها به خودي خود مي‌توانند حتي در فضاي خالي نيز وجود داشته باشند. اين جفتها كه از يك ذره و پادذره تشكيل شده‌اند، براي لحظه‌اي بسيار‌كوتاه به وجود مي‌آيند، سپس يكديگر را خنثي مي‌كنند و ناپديد مي‌شوند.
اما در دهه 1970 / 1350، هاوكينگ نظريه جديدي را مطرح كرد. مطابق نظر او اگر اين جفت نزديك به لبه سياه‌چاله به‌وجود آمده باشند، امكان دارد يكي از اين ذرات پيش از خنثي كردن ديگري به درون سياه‌چاله فرو رود و جفت ديگر را بيرون از افق رويداد رها كند. از ديد مشاهدهكنندگان، ذره رها‌شده مي‌تواند مانند تابشي به‌نظر برسد. در سياه‌چاله‌هاي صوتي، تابش هاوكينگ به صورت ذره‌گونه‌هايي از انرژي ارتعاشي به نام فونونها ظهور مي‌كند.
آزمون تجربي تئوري تابش هاوكينگ مي‌تواند موفقيت بزرگي براي دانش فيزيك به حساب بيايد. شان كرول، اختر‌فيزيك‌دان در‌اين‌باره مي‌گويد: «هاوكينگ مي‌بايست جايزه نوبل را به‌دليل يكي از كارهايش دريافت مي‌كرد، اما اين مي‌تواند چيزي بيش از انتخاب مسير درست براي ما باشد. اين تئوري بر‌مي‌گردد به اصول بنيادي در مكانيك‌كوانتوم كه نشان مي‌دهد در فضاي خميده حاصل از گرانش، مكانيك‌كوانتوم چگونه عمل مي‌كند. علاوه بر آن‌هم از لحاظ رياضي نيز به درك تورم (انبساط فوق‌العاده سريع جهان بلافاصله پس از انفجار بزرگ) كمك مي‌كند. تشخيص تابش هاوكينگ در علم نجوم كار ساده‌اي نيست، چون تابش حاصل از تبخير سياه‌چاله‌ها به وسيله منابع پر‌قدرت انرژي مانند تابش زمينه كيهاني محو مي‌شود».
استفاده از پالس ليزر
عده‌اي ديگر از محققان در تلاشند با استفاده از پرتوهاي نور در آزمايشگاه، رؤيت تابش هاوكينگ را امكان‌پذير كنند. سال گذشته گروهي تحقيقاتي موفق شد با استفاده از فيبر نوري و اين پديده كه طول‌موج‌هاي متفاوت نور با سرعتهاي متفاوت درون آن حركت مي‌كنند، نوعي افق رويداد مصنوعي ايجاد كند.
اين گروه با فرستادن پالس نسبتا كند ليزر درون فيبر‌نوري كار را آغاز كرد. اين حركت موجي باعث تغيير خواص نوري فيبر شد. به همين دليل پالس دوم كه با سرعتي بالاتر فرستاده شده بود، پشت افق رويداد حاصل از موج اول گرفتار شد و به شكل مؤثري از حركت ايستاد.
برخي پژوهشگران معتقدند هنوز ممكن است راهي نجومي براي كشف تابش هاوكينگ وجود داشته باشد؛ چراكه هر قدر سياه‌چاله‌ها كوچك‌تر باشند، تابش قوي‌تري خواهند داشت. شايد تبخير سياه‌چاله‌هاي ميكروسكوپي كه بلافاصله پس از مهبانگ به وجودآمده‌اند، توسط تلسكوپ فضايي پرتو گاماي فرمي قابل دريافت باشد.
www.huppa.com (http://www.huppa.com)
به گزارش نيوساينتيست (http://www.newscientist.com/article/dn17319-physicists-create-black-hole-for-sound.html?full=true&print=true)، اين سياه‌چاله مصنوعي كه به جاي نور، صوت را به دام مي‌اندازد، با هدف اثبات نظريه تابش هاوكينگ توسط دانشمندان طراحي و ساخته شده است. تئوري تابش كه حدود 30 سال پيش توسط استيفن هاوكينگ، فيزيكدان نامي انگليسي مطرح شده، توضيح مي‌دهد سياه‌چاله‌ها نه كاملا سياه، كه خاكستري‌اند و مقداري انرژي از آنها تبخير مي‌شود. هاوكينگ پيش‌بيني كرد ميلياردها سال قبل كه جهان تازه به وجود آمده بود، ريزسياه‌چاله‌هايي نيز تشكيل شدند كه از آن زمان تاكنون تبخير شده‌اند و اكنون بايد در آستانه انفجار باشند.
سياه‌چاله‌ها وقتي به وجود مي‌آيند كه ماده به‌قدري متراكم شود تا هيچ‌چيز نتواند از گرانش قدرتمند آن بگريزد. در اين شرايط كه به نقطه تكيني موسوم است، گرانش آن‌قدر عظيم است كه حتي نور نمي‌تواند از مرزهاي اين جسم كه افق رويداد ناميده مي‌شود، عبور كند. گويي اين جسم به چاله‌اي تاريك تبديل شده كه هيچ چيز از آن نمي‌تواند بيرون بيايد.
اما فيزيكدانان توانسته‌اند سياه‌چاله‌اي با اين خصوصيات را براي به دام انداختن صدا ايجاد كنند. آنها با استفاده از حالت خاصي از ماده به سرعتي بالاتر از سرعت متوسط صوت دست يافته‌اند و به‌وسيله آن، تله‌اي براي امواج صوتي ايجاد كرده‌اند. براي درك بهتر محيط اين دام، ماهي‌اي را در نظر بگيريد كه مي‌خواهد در رودخانه‌اي پرشتاب شنا كند. صدا هم مانند اين ماهي، ميان جريان طوفان‌وار افق رويداد به دام خواهد افتاد.http://www.newscientist.com/data/images/ns/cms/dn17319/dn17319-1_300.jpg
حالت كوانتومي
علم فيزيك براي توليد اين سياه‌چاله‌ها از حالت خاصي از ماده كه چگالش بوز- اينشتين ناميده مي‌شود، بهره مي‌گيرد. اين حالت كوانتومي از ماده كه معمولا حالت پنجم ماده ناميده مي‌شود، در دماهاي بسيار پايين و نزديك به صفر مطلق (حدود 273 درجه سانتي‌گراد زير صفر) اتفاق مي‌افتد و طي آن، مجموعه اتمها مانند يك اتم واحد رفتار مي‌كنند.
اريك كرنل از دانشگاه كلرادو كه همراه با دو دانشمند ديگر، جايزه نوبل فيزيك 2001 / 1380 را براي گسترش چگالش بوز -اينشتين بدست آورد؛ در اين‌باره مي‌گويد: «اين مواد به‌گونه‌اي طراحي شده‌اند كه ذرات آنها سرعت حركتي مافوق صوت دارند، به همين دليل فيزيكدانان براي ايجاد سياه‌چاله صوتي به سراغ آنها رفته‌اند».
محققان ابتدا حدود 100 هزار اتم روبيديوم باردار را تا دماي چند ميليارديم بالاي صفر مطلق سرد كرد و آنها را درون يك ميدان مغناطيسي به‌دام انداخت. سپس با استفاده از پرتوي ليزر، يك چاه پتانسيل الكتريكي ايجاد كردند تا اتمها را جذب كند و باعث شود در اطراف آن، سرعتي بالاتر از سرعت صوت در ماده داشته باشد.
اين مرحله جريان مافوق صوتي را ايجاد مي‌كند كه حدود 8 هزارم ثانيه دوام مي‌آورد و به صورت موقت، سياه‌چاله‌اي صوتي را به وجود مي‌آورد كه قادر است، صدا را در ميان بگيرد و به آن اجازه عبور ندهد. نتيجه چنين آزموني مي‌تواند بسيار جالب توجه باشد و به شناخت بهتر تابش هاوكينگ منتهي شود.
http://pr.caltech.edu/periodicals/336/images/Volume%203/10-16-03/hawking.jpg
تابش هاوكينگ
مكانيك كوانتوم مي‌گويد جفت ذره‌ها به خودي خود مي‌توانند حتي در فضاي خالي نيز وجود داشته باشند. اين جفتها كه از يك ذره و پادذره تشكيل شده‌اند، براي لحظه‌اي بسيار‌كوتاه به وجود مي‌آيند، سپس يكديگر را خنثي مي‌كنند و ناپديد مي‌شوند.
اما در دهه 1970 / 1350، هاوكينگ نظريه جديدي را مطرح كرد. مطابق نظر او اگر اين جفت نزديك به لبه سياه‌چاله به‌وجود آمده باشند، امكان دارد يكي از اين ذرات پيش از خنثي كردن ديگري به درون سياه‌چاله فرو رود و جفت ديگر را بيرون از افق رويداد رها كند. از ديد مشاهدهكنندگان، ذره رها‌شده مي‌تواند مانند تابشي به‌نظر برسد. در سياه‌چاله‌هاي صوتي، تابش هاوكينگ به صورت ذره‌گونه‌هايي از انرژي ارتعاشي به نام فونونها ظهور مي‌كند.
آزمون تجربي تئوري تابش هاوكينگ مي‌تواند موفقيت بزرگي براي دانش فيزيك به حساب بيايد. شان كرول، اختر‌فيزيك‌دان در‌اين‌باره مي‌گويد: «هاوكينگ مي‌بايست جايزه نوبل را به‌دليل يكي از كارهايش دريافت مي‌كرد، اما اين مي‌تواند چيزي بيش از انتخاب مسير درست براي ما باشد. اين تئوري بر‌مي‌گردد به اصول بنيادي در مكانيك‌كوانتوم كه نشان مي‌دهد در فضاي خميده حاصل از گرانش، مكانيك‌كوانتوم چگونه عمل مي‌كند. علاوه بر آن‌هم از لحاظ رياضي نيز به درك تورم (انبساط فوق‌العاده سريع جهان بلافاصله پس از انفجار بزرگ) كمك مي‌كند. تشخيص تابش هاوكينگ در علم نجوم كار ساده‌اي نيست، چون تابش حاصل از تبخير سياه‌چاله‌ها به وسيله منابع پر‌قدرت انرژي مانند تابش زمينه كيهاني محو مي‌شود».
استفاده از پالس ليزر
عده‌اي ديگر از محققان در تلاشند با استفاده از پرتوهاي نور در آزمايشگاه، رؤيت تابش هاوكينگ را امكان‌پذير كنند. سال گذشته گروهي تحقيقاتي موفق شد با استفاده از فيبر نوري و اين پديده كه طول‌موج‌هاي متفاوت نور با سرعتهاي متفاوت درون آن حركت مي‌كنند، نوعي افق رويداد مصنوعي ايجاد كند.
اين گروه با فرستادن پالس نسبتا كند ليزر درون فيبر‌نوري كار را آغاز كرد. اين حركت موجي باعث تغيير خواص نوري فيبر شد. به همين دليل پالس دوم كه با سرعتي بالاتر فرستاده شده بود، پشت افق رويداد حاصل از موج اول گرفتار شد و به شكل مؤثري از حركت ايستاد.
برخي پژوهشگران معتقدند هنوز ممكن است راهي نجومي براي كشف تابش هاوكينگ وجود داشته باشد؛ چراكه هر قدر سياه‌چاله‌ها كوچك‌تر باشند، تابش قوي‌تري خواهند داشت. شايد تبخير سياه‌چاله‌هاي ميكروسكوپي كه بلافاصله پس از مهبانگ به وجودآمده‌اند، توسط تلسكوپ فضايي پرتو گاماي فرمي قابل دريافت باشد.
www.huppa.com (http://www.huppa.com)