การทดลองในห้องแล็บแสดงลักษณะปรากฏการณ์ที่นักจักรวาล บาคาร่า วิทยาสตีเฟน ฮอว์คิงทำนายไว้การวัดอุณหภูมิของหลุมดำเป็นงานที่ดูเหมือนเป็นไปไม่ได้ แต่ตอนนี้ นักฟิสิกส์รายงานสิ่งที่ดีที่สุดต่อไป พวกเขาวัดอุณหภูมิของหลุมดำโซนิคที่ผลิตในห้องปฏิบัติการ ซึ่งดักจับเสียงแทนแสง
หากผลลัพธ์ยังคงอยู่ มันจะยืนยันการทำนายของนักจักรวาลวิทยา สตีเฟน ฮอว์คิง ซึ่งเป็นคนแรกที่เสนอความจริงที่น่าประหลาดใจเกี่ยวกับหลุมดำ: พวกมันไม่ใช่หลุมดำอย่างแท้จริง แทนที่จะเป็นอย่างนั้น อนุภาคขนาดค่อนข้างเล็กจะไหลออกจากขอบหลุมดำแต่ละหลุมที่อุณหภูมิที่ขึ้นอยู่กับขนาดของหลุมดำ รังสีฮอว์คิงนั้นจางเกินกว่าจะสังเกตได้ในหลุมดำจริง แต่นักฟิสิกส์พบร่องรอยของการแผ่รังสีที่คล้ายกันจากแอนะล็อกของหลุมดำที่สร้างขึ้นในห้องทดลอง ( SN: 12/18/10, p. 28 ) ในการศึกษาครั้งใหม่นี้อุณหภูมิของหลุมดำโซนิคสอดคล้องกับสิ่งที่ทำนายโดยทฤษฎีของ Hawking ทีมงานรายงานในวันที่ 30 พฤษภาคมNature
นักฟิสิกส์ Ulf Leonhardt จากสถาบันวิทยาศาสตร์ Weizmann ในเมือง Rehovot ประเทศอิสราเอลกล่าวว่า “นี่เป็นก้าวที่สำคัญมาก” ซึ่งไม่ได้เกี่ยวข้องกับการศึกษากล่าว “มันใหม่ในด้านทั้งหมด ไม่มีใครเคยทำการทดลองแบบนี้มาก่อน”
ในการผลิตหลุมดำที่มีเสียงโซนิค
นักวิจัยได้ใช้อะตอมรูบิเดียมเย็นจัด แช่เย็นจนอยู่ในสถานะที่เรียกว่าคอนเดนเสทของโบส-ไอน์สไตน์ และทำให้พวกมันไหล ซึ่งคล้ายกับแสงดักจับแรงโน้มถ่วงของหลุมดำ อะตอมที่ไหลจะป้องกันคลื่นเสียงไม่ให้หลบหนี เหมือนกับการพายเรือคายัคกับกระแสน้ำที่แรงเกินกว่าจะเอาชนะได้ การทดลองก่อนหน้านี้กับการตั้งค่านี้แสดงสัญญาณของรังสีฮอว์คิงแต่ยังไม่สามารถวัดอุณหภูมิได้ ( SN: 11/15/14, p. 14 )
รังสีฮอว์คิงมาจากอนุภาคควอนตัมคู่หนึ่งที่ปรากฏขึ้นตลอดเวลา แม้แต่ในที่ว่าง โดยปกติอนุภาคเหล่านั้นจะทำลายล้างซึ่งกันและกันทันที แต่ที่ขอบหลุมดำ ถ้าอนุภาคหนึ่งตกลงไป อีกอนุภาคหนึ่งอาจหลบหนี ส่งผลให้เกิดรังสีฮอว์คิง ในหลุมดำที่มีคลื่นเสียง สถานการณ์คล้ายกันเกิดขึ้น: คลื่นเสียงคู่ที่เรียกว่าโฟนอนสามารถปรากฏขึ้นได้ โดยคลื่นหนึ่งตกลงไปและอีกคลื่นหนึ่งกำลังหลบหนี
การวัดโฟนอนที่หลุดรอดออกมาและส่วนที่ตกลงมานั้นทำให้นักวิจัยประเมินอุณหภูมิได้ 0.35 พันล้านเคลวิน “เราพบข้อตกลงที่ดีมากกับการทำนายทฤษฎีของ Hawking” Jeff Steinhauer นักฟิสิกส์จากสถาบันเทคโนโลยี Technion-Israel ในไฮฟากล่าว
ผลลัพธ์ยังสอดคล้องกับคำทำนายของฮอว์คิงว่ารังสีจะเป็นความร้อน ซึ่งหมายความว่าพลังงานของอนุภาคจะมีการกระจายเช่นเดียวกับแสงที่เปล่งออกมาจากวัตถุอุ่น เช่น แสงสีแดงของเตาไฟฟ้าร้อน
หลังจากที่ฮอว์คิงเสนอทฤษฎีของเขา
สมบัติทางความร้อนที่ทำนายไว้ของรังสีนี้ทำให้เกิดปริศนาที่เรียกว่าความขัดแย้งของข้อมูลหลุมดำ ในกลศาสตร์ควอนตัม ข้อมูลไม่มีวันถูกทำลาย แต่อนุภาคที่หลุดออกมาจากหลุมดำจะค่อยๆ ดูดกลืนมวลของยักษ์นั้นไป และเมื่อเวลาผ่านไปนาน หลุมดำก็จะหดตัวกลายเป็นความว่างเปล่า
นั่นหมายความว่าข้อมูลที่ตกลงไปในหลุมดำ (ในรูปของอนุภาค สารานุกรมหรืออย่างอื่น) จะไม่ถูกบรรจุอยู่ในนั้นอีกต่อไป และถ้าการแผ่รังสีของฮอว์คิงเป็นความร้อน อนุภาคที่หลบหนีก็ไม่สามารถย้ายข้อมูลไปได้ นั่นเป็นเพราะว่าอนุภาคที่ปล่อยออกมานั้นแยกไม่ออกจากอนุภาคที่แผ่ออกมาจากวัตถุธรรมดาที่มีอุณหภูมิที่กำหนด หรือแม้แต่จากหลุมดำอื่นที่มีมวลเท่ากัน นั่นแสดงให้เห็นว่าข้อมูลอาจสูญหายได้เมื่อหลุมดำระเหยออกไป ซึ่งเป็นการละเมิดกลศาสตร์ควอนตัม
ไม่ชัดเจนว่าการศึกษาใหม่นี้สามารถช่วยนักวิทยาศาสตร์แก้ไขความขัดแย้งของข้อมูลได้หรือไม่ การแก้ปัญหาอาจจะต้องการทฤษฎีใหม่ที่รวมแรงโน้มถ่วงและกลศาสตร์ควอนตัมเข้าเป็นทฤษฎีใหม่ของแรงโน้มถ่วงควอนตัม ซึ่งเป็นงานที่เป็นหนึ่งในปัญหาที่โดดเด่นที่สุดในฟิสิกส์ แต่ทฤษฎีนั้นใช้ไม่ได้กับหลุมดำโซนิค เนื่องจากไม่ได้เกิดจากแรงโน้มถ่วง “การแก้ปัญหาความขัดแย้งของข้อมูลอยู่ในฟิสิกส์ของหลุมดำจริง ไม่ใช่ในฟิสิกส์ของหลุมดำแอนะล็อก” Steinhauer กล่าว
เช่นเดียวกับมนุษย์ส่วนใหญ่ Einstein เป็นถุงผสม กระเป๋าของเขาเต็มไปด้วยความยิ่งใหญ่แต่ไม่ปราศจากตำหนิ อย่างที่เราทุกคนทราบกันดีอยู่แล้ว เพราะเช่นเดียวกับคนอื่นๆ ในประวัติศาสตร์ จดหมายของเขาได้รับการเก็บรักษาไว้อย่างดีเพื่อให้ลูกหลานได้วิเคราะห์ ชื่นชม และบางครั้งก็วิพากษ์วิจารณ์
จำนวนใหม่นี้สามารถเปลี่ยนแปลงความเข้าใจของนักวิทยาศาสตร์เกี่ยวกับดาวนิวตรอน เศษดาวระเบิดที่อัดมวลมวลที่มากกว่าดวงอาทิตย์ให้เป็นลูกบอลที่กว้างพอๆ กับความยาวของแมนฮัตตัน หัวใจของดาวนิวตรอนนั้นหนาแน่นจนเป็นไปไม่ได้ที่จะสร้างเรื่องนั้นขึ้นมาใหม่ในการทดลองในห้องปฏิบัติการ” Morgane Fortin จากศูนย์ดาราศาสตร์ Nicolaus Copernicus แห่งสถาบันวิทยาศาสตร์แห่งโปแลนด์ในวอร์ซอว์กล่าว ดังนั้น “มีเครื่องหมายคำถามใหญ่อยู่ว่าจุดศูนย์กลางของดาวนิวตรอนคืออะไร”
นักวิทยาศาสตร์บางคนคิดว่าแกนกลางของดาวนิวตรอนอาจมีไฮเปอร์รอน ( SN: 12/1/17 ) แต่การปรากฏตัวของไฮเปอร์รอนจะทำให้สสารภายในดาวนิวตรอนนิ่มลง ดาวนิวตรอนที่อ่อนกว่าจะยุบตัวเป็นหลุมดำได้ง่ายขึ้น ดังนั้นดาวนิวตรอนจึงไม่สามารถมีมวลมากได้ คุณลักษณะดังกล่าวทำให้ศักยภาพของไฮเปอร์รอนนั้นยากต่อการกระทบยอดกับดาวนิวตรอนที่ใหญ่ที่สุดที่เห็นในจักรวาล ซึ่งอยู่ในช่วงประมาณสองมวลดวงอาทิตย์ บาคาร่า
