Dr. Stephen Hawking menyampaikan teori yang mengganggu pada tahun 1974 yang mendakwa lubang hitam menguap. Kini, 40 tahun kemudian, seorang penyelidik telah mengumumkan penciptaan simulasi radiasi Hawking di persekitaran makmal.
Kemungkinan lubang hitam berasal dari teori Relativiti Umum Einstein. Karl Schwarzchild pada tahun 1916 adalah orang pertama yang menyedari kemungkinan adanya satu gaya graviti dengan batas yang mengelilinginya di mana cahaya atau bahan yang masuk tidak dapat melepaskan diri.
Bulan ini, Jeff Steinhauer dari Technion - Institut Teknologi Israel, menjelaskan dalam makalahnya, "Pemerhatian terhadap radiasi Hawking yang diperkuat sendiri dalam laser lubang hitam analog" dalam jurnal Nature, bagaimana dia membuat cakerawala peristiwa analog menggunakan zat disejukkan hingga hampir sifar mutlak dan menggunakan laser dapat mengesan pelepasan radiasi Hawking. Mungkinkah ini bukti pertama yang sahih tentang keberadaan radiasi Hawking dan seterusnya menutup nasib semua lubang hitam?
Ini bukan percubaan pertama untuk mencipta analog radiasi Hawking di makmal. Pada tahun 2010, analog dibuat dari sekumpulan kaca, laser, cermin dan alat pengesan sejuk (Surat Pendapat, September 2010); tiada asap yang mengiringi cermin. Denyutan sinar laser yang sangat pendek yang melewati kaca menyebabkan gangguan indeks biasan (RIP) yang berfungsi sebagai cakerawala peristiwa. Cahaya dilihat memancar dari RIP. Walaupun begitu, hasil kajian oleh F. Belgiorno et al. tetap kontroversi. Lebih banyak eksperimen masih diperlukan.
Percubaan terbaru untuk meniru radiasi Hawking oleh Steinhauer mengambil pendekatan teknologi yang lebih tinggi. Dia mencipta kondensat Bose-Einstein, keadaan jirim eksotik pada suhu sifar mutlak. Batas yang dibuat dalam kondensat berfungsi sebagai cakrawala peristiwa. Namun, sebelum menjelaskan lebih lanjut, mari kita mundur dan mempertimbangkan apa yang cuba ditiru oleh Steinhauer dan yang lain.
Resipi membuat radiasi Hawking bermula dengan lubang hitam. Lubang hitam saiz apa pun akan berlaku. Teori Hawking menyatakan bahawa lubang hitam yang lebih kecil akan lebih cepat terpancar daripada yang lebih besar dan sekiranya bahan tidak jatuh ke dalamnya - pertambahan, akan "menguap" lebih cepat. Lubang hitam raksasa boleh memakan masa lebih lama daripada sejuta kali zaman Alam Semesta sekarang untuk menguap melalui radiasi Hawking. Seperti tayar dengan kebocoran perlahan, kebanyakan lubang hitam akan membawa anda ke stesen pembaikan terdekat.
Oleh itu, anda mempunyai lubang hitam. Ia mempunyai cakerawala peristiwa. Cakrawala ini juga dikenali sebagai jejari Schwarzchild; cahaya atau perkara yang memeriksa ke cakrawala acara tidak pernah dapat dilihat. Atau ini adalah pemahaman yang diterima sehingga teori Dr. Hawking memartabatkannya. Dan di luar cakrawala acara adalah ruang biasa dengan beberapa peringatan; pertimbangkan dengan beberapa rempah yang ditambahkan. Pada cakerawala peristiwa daya graviti dari lubang hitam sangat melampau sehingga mendorong dan memperbesar kesan kuantum.
Semua ruang - di dalam kita dan sekitar kita hingga ke hujung Alam Semesta merangkumi kekosongan kuantum. Di mana sahaja di ruang hampa kuantum, pasangan zarah maya muncul dan hilang; segera memusnahkan satu sama lain pada skala waktu yang sangat pendek. Dengan keadaan yang melampau di cakrawala acara, pasangan zarah maya dan zarah-zarah maya, seperti elektron dan positron, menjadi kenyataan. Bahagian yang kelihatan cukup dekat dengan cakrawala peristiwa boleh mempunyai satu atau zarah maya yang lain yang diturunkan oleh graviti lubang hitam yang tinggal hanya satu zarah yang akhirnya bebas untuk menambahkan radiasi yang keluar dari sekitar lubang hitam; sinaran yang secara keseluruhannya dapat digunakan oleh para astronom untuk mengesan kehadiran lubang hitam tetapi tidak secara langsung memerhatikannya. Ia adalah tidak berpasangan zarah maya oleh lubang hitam di ufuk kejadiannya yang menyebabkan radiasi Hawking yang dengan sendirinya mewakili kehilangan jisim bersih dari lubang hitam.
Oleh itu, mengapa ahli astronomi tidak hanya mencari radiasi Hawking di ruang angkasa? Masalahnya adalah bahawa radiasi sangat lemah dan dibanjiri oleh radiasi yang dihasilkan oleh banyak proses fizikal lain yang mengelilingi lubang hitam dengan cakera penambahan. Sinaran tenggelam oleh korus proses energetik. Jadi kemungkinan yang paling segera adalah dengan meniru radiasi Hawking dengan menggunakan analog. Walaupun radiasi Hawking lemah jika dibandingkan dengan jisim dan tenaga lubang hitam, radiasi pada dasarnya selalu ada di Alam Semesta untuk melepaskan badan induknya.
Di sinilah penumpuan pemahaman yang semakin meningkat mengenai lubang hitam menyebabkan karya Dr. Hawking menjadi mani. Ahli teori termasuk Hawking menyedari bahawa walaupun terdapat teori Quantum dan Gravitational yang diperlukan untuk menggambarkan lubang hitam, lubang hitam juga berperilaku seperti badan hitam. Mereka diatur oleh termodinamik dan merupakan hamba kepada entropi. Penghasilan radiasi Hawking boleh dicirikan sebagai proses termodinamik dan inilah yang membawa kita kembali kepada eksperimen. Proses termodinamik lain dapat digunakan untuk meniru pelepasan sinaran jenis ini.
Dengan menggunakan kondensat Bose-Einstein di dalam kapal, Steinhauer mengarahkan sinar laser ke kondensat halus untuk membuat cakerawala peristiwa. Selanjutnya, eksperimennya menghasilkan gelombang bunyi yang terperangkap di antara dua sempadan yang menentukan cakerawala peristiwa. Steinhauer mendapati bahawa gelombang suara di cakerawala peristiwa analognya diperkuat seperti yang terjadi pada cahaya di rongga laser biasa tetapi juga seperti yang diramalkan oleh teori lubang hitam Dr. Hawking. Cahaya keluar dari laser yang terdapat di cakerawala peristiwa analog. Steinhauer menjelaskan bahawa cahaya yang melarikan diri ini mewakili sinaran Hawking yang telah lama dicari.
Penerbitan karya ini di Alam menjalani tinjauan rakan sebaya yang cukup besar untuk diterima tetapi itu sahaja tidak mengesahkan penemuannya. Karya Steinhauer kini akan diteliti dengan lebih teliti. Yang lain akan berusaha untuk meniru karyanya. Penyediaan makmalnya adalah analog dan masih belum dapat disahkan bahawa apa yang diperhatikannya benar-benar mewakili radiasi Hawking.
Rujukan:
"Pemerhatian radiasi Hawking yang diperkuat sendiri dalam laser lubang hitam analog", Nature Physics, 12 Oktober 2014
"Radiasi Hawking dari Ultrashort Laser Pulse Filaments", F. Belgiorno, et al., Phys. Surat, Sept 2010
"Letupan lubang hitam?", S. W. Hawking, et al., Nature, 01 Mac 1974
"The Quantum Mechanics of Black Holes", S. Hawking, Scientific American, Januari 1977
