الفيزيائيون يحاكون ثقبا أسود في المختبر!

يمكن أن يخبرنا نظير اصطناعي للثقب الأسود شيئا أو شيئين عن الإشعاع المراوغ نظريا المنبعث من الشيء الحقيقي.

وباستخدام سلسلة من الذرات في ملف واحد لمحاكاة أفق الحدث للثقب الأسود، لاحظ فريق من الفيزيائيين ما يعادل ما نسميه إشعاع هوكينغ - جسيمات ولدت من اضطرابات في التقلبات الكمومية الناجمة عن كسر الثقب الأسود في الزمكان.

وهذا، كما يقولون، يمكن أن يساعد في حل التوتر بين إطارين لا يمكن التوفيق بينهما حاليا لوصف الكون: النظرية العامة للنسبية، التي تصف سلوك الجاذبية على أنه مجال مستمر يُعرف بالزمكان؛ وميكانيكا الكم، التي تصف سلوك الجسيمات المنفصلة باستخدام رياضيات الاحتمالات.

وبالنسبة لقيام نظرية موحَّدة للجاذبية الكمومية يمكن تطبيقها عالميا، تحتاج هاتان النظريتان إلى إيجاد طريقة للتوافق بطريقة ما.

وهذا هو المكان الذي تظهر فيه الثقوب السوداء في الصورة - ربما أغرب الأشياء وأكثرها تطرفا في الكون. وهذه الأجسام الضخمة كثيفة بشكل لا يصدق بحيث لا توجد سرعة كافية للهروب في الكون ضمن مسافة معينة من مركز كتلة الثقب الأسود. ولا حتى سرعة الضوء.

وهذه المسافة، التي تختلف اعتمادا على كتلة الثقب الأسود، تسمى أفق الحدث. وبمجرد أن يتجاوز الجسم حدوده، يمكننا فقط تخيل ما يحدث، حيث لا شيء يعود بمعلومات حيوية عن مصيره.

ولكن في عام 1974، اقترح ستيفن هوكينج أن الانقطاعات في التقلبات الكمية التي يسببها أفق الحدث تؤدي إلى نوع من الإشعاع مشابه جدا للإشعاع الحراري.

وإذا كان إشعاع هوكينغ موجودا، فسيكون خافتا جدا بالنسبة لنا لاكتشافه حتى الآن. ومن الممكن ألا نفرزها أبدا من الهسهسة الساكنة للكون. لكن يمكننا التحقق من خصائصه من خلال إنشاء نظائر للثقب الأسود في إعدادات المختبر.

وتم القيام بذلك من قبل، ولكن في دراسة نُشرت العام الماضي بقيادة لوت ميرتنز من جامعة أمستردام في هولندا، فعل الباحثون شيئا جديدا.

وكانت سلسلة من الذرات أحادية البعد بمثابة مسار للإلكترونات "للقفز" من موقع إلى آخر. ومن خلال ضبط السهولة التي يمكن أن يحدث بها هذا التنقل، يمكن أن يتسبب الفيزيائيون في اختفاء خصائص معينة، ما يخلق بشكل فعال نوعا من أفق الحدث الذي يتداخل مع الطبيعة الشبيهة بالموجة للإلكترونات.

وقال الفريق إن تأثير أفق الحدث المزيف هذا أدى إلى ارتفاع في درجة الحرارة يطابق التوقعات النظرية لنظام ثقب أسود مكافئ، ولكن فقط عندما يمتد جزء من السلسلة إلى ما وراء أفق الحدث.

وقد يعني هذا أن تشابك الجسيمات التي تمتد عبر أفق الحدث مفيد في توليد إشعاع هوكينغ.

وكان إشعاع هوكينغ المحاكي حراريا فقط لمجموعة معينة من اتساع القفزات، وتحت عمليات المحاكاة التي بدأت بتقليد نوع من الزمكان يُعتبر "مسطحا".

ويشير هذا إلى أن إشعاع هوكينغ قد يكون حراريا فقط ضمن مجموعة من المواقف، وعندما يكون هناك تغيير في الالتواء في الزمكان بسبب الجاذبية.

ومن غير الواضح ما الذي يعنيه هذا بالنسبة للجاذبية الكمومية، لكن النموذج يقدم طريقة لدراسة ظهور إشعاع هوكينغ في بيئة لا تتأثر بالديناميات البرية لتشكيل الثقب الأسود. وقال الباحثون، لأنه بسيط للغاية، يمكن تشغيله في مجموعة واسعة من الإعدادات التجريبية.

وأوضح الباحثون في ورقتهم البحثية: "يمكن أن يفتح هذا المجال لاستكشاف الجوانب الأساسية لميكانيكا الكم إلى جانب الجاذبية والفراغات المنحنية في مختلف إعدادات المادة المكثفة".