Pada tahun 1974, Stephen Hawking membuat salah satu ramalannya yang paling terkenal: lubang hitam akhirnya menguap sepenuhnya.
Menurut teori Hawking, lubang hitam tidak sempurna "hitam" tetapi sebenarnya mengeluarkan zarah. Radiasi ini, Hawking percaya, akhirnya boleh menyerap tenaga yang cukup dan menjauhkan diri daripada lubang hitam untuk menghilangkannya. Teori ini dianggap secara meluas tetapi pernah difikirkan hampir mustahil untuk dibuktikan.
Buat pertama kalinya, ahli fizik telah menunjukkan radiasi Hawking yang sukar difahami ini - sekurang-kurangnya dalam makmal. Walaupun radiasi Hawking terlalu lemah untuk dikesan di ruang angkasa oleh instrumen semasa kami, ahli fizik kini melihat radiasi ini dalam analog lubang hitam yang dibuat menggunakan gelombang bunyi dan beberapa perkara yang paling sejuk dan paling aneh di alam semesta.
Pasangan zarah
Lubang hitam mengerahkan gaya graviti yang sangat kuat sehingga foton, yang bergerak pada kelajuan cahaya, tidak dapat melepaskan diri. Walaupun vakum ruang umumnya dianggap sebagai kosong, ketidaktentuan mekanik kuantum menentukan bahawa sesebuah vakum malah penuh dengan zarah-zarah maya yang melayang dan keluar dari segi pasangan antimatter. (Zarah-zarah antimatter mempunyai jisim yang sama dengan rakan sejawat mereka, tetapi bertentangan dengan caj elektrik.)
Biasanya, selepas sepasang zarah maya muncul, mereka akan segera menghapuskan satu sama lain. Di sebelah lubang hitam, bagaimanapun, daya tarikan graviti yang melampau sebaliknya menarik zarah-zarah itu terpisah, dengan satu zarah yang diserap oleh lubang hitam ketika yang lain menembak ke angkasa. Zarah yang diserap mempunyai tenaga negatif, yang mengurangkan tenaga dan jisim lubang hitam. Menelan cukup zarah maya ini, dan lubang hitam akhirnya menyejat. Zarah melarikan diri dikenali sebagai radiasi Hawking.
Radiasi ini cukup lemah sehingga tidak mungkin untuk kita memerhatikannya di ruang angkasa, tetapi ahli fizik telah memikirkan cara yang sangat kreatif untuk mengukurnya dalam makmal.
A horizon acara air terjun
Ahli fizik Jeff Steinhauer dan rakan-rakannya di Technion - Institut Teknologi Israel di Haifa menggunakan gas yang sangat sejuk yang dipanggil kondensat Bose-Einstein untuk memodelkan cakera acara lubang hitam, sempadan yang tidak kelihatan di luar yang tiada apa yang dapat melepaskan diri. Dalam aliran gas ini, mereka meletakkan tebing, mewujudkan "air terjun" gas; apabila gas mengalir di atas air terjun, ia berpaling ke potensi tenaga tenaga ke dalam tenaga kinetik untuk mengalir lebih cepat daripada kelajuan bunyi.
Daripada zarah perkara dan antimatter, penyelidik menggunakan pasang phonon, atau gelombang bunyi kuantum, dalam aliran gas. Phonon di sisi yang perlahan boleh bergerak melawan aliran gas, jauh dari air terjun, manakala phonon di bahagian cepat tidak dapat, terjebak oleh "lubang hitam" gas supersonik.
"Sama seperti jika anda cuba berenang melawan arus yang semakin pantas daripada anda boleh berenang," kata Steinhauer kepada Live Science. "Anda akan berasa seperti anda pergi ke hadapan, tetapi anda benar-benar akan kembali, dan itu sama dengan foton di lubang hitam yang cuba keluar dari lubang hitam tetapi ditarik oleh graviti dengan cara yang salah."
Hawking meramalkan bahawa radiasi zarah yang dipancarkan akan berada dalam spektrum panjang gelombang dan tenaga yang berterusan. Beliau juga mengatakan bahawa ia boleh digambarkan oleh satu suhu yang bergantung hanya pada jisim lubang hitam. Eksperimen baru-baru ini mengesahkan kedua ramalan ini dalam lubang hitam sonik.
"Percubaan-percubaan ini adalah pasukan pelancongan," kata Renaud Parentani, ahli fisika teoretikal di Laboratoire de Physique Théorique dari Universiti Paris-Sud, kepada Live Science. Parentani juga mengkaji lubang hitam analog tetapi dari sudut teoritis; dia tidak terlibat dalam kajian baru ini. "Ini adalah percubaan yang sangat tepat. Dari sisi eksperimen, Jeff sebenarnya, pada masa ini, pakar terkemuka dunia menggunakan atom sejuk untuk menyelidik fizik lubang hitam."
Walau bagaimanapun, Parentani menekankan bahawa kajian ini adalah "satu langkah sepanjang proses yang panjang." Khususnya, kajian ini tidak menunjukkan pasangan phonon yang dikaitkan dengan tahap kuantum, yang merupakan satu lagi aspek penting dalam ramalan Hawking.
"Cerita ini akan diteruskan," kata Parentani. "Ia tidak berakhir."
