Genom att använda en kedja av atomer i en enda fil för att modellera händelsehorisonten för ett svart hål, observerade fysiker motsvarigheten till vad vi kallar Hawking-strålning – partiklar födda från störningar av kvantfluktuationer orsakade av rum-tidsgapet i ett svart hål.
Detta, säger de, skulle kunna hjälpa till att lösa motsättningen mellan två för närvarande oförenliga ramverk för att beskriva universum: allmän relativitetsteori, som beskriver gravitationens beteende som ett kontinuerligt fält känt som rum-tid, och kvantmekaniken, som beskriver beteendet hos diskreta partiklar. använda matematiska sannolikheter För att skapa en enhetlig teori om kvantgravitation som skulle kunna tillämpas universellt måste dessa två oförenliga teorier hitta ett sätt att på något sätt komma överens.
Det är här svarta hål kommer in i bilden - de kanske konstigaste, mest extrema objekten i universum. Dessa massiva föremål är så otroligt täta att på ett visst avstånd från det svarta hålets masscentrum är ingen hastighet i universum tillräcklig för att fly. Även ljusets hastighet. Detta avstånd, som beror på det svarta hålets massa, kallas händelsehorisont. När ett föremål väl passerar sin gräns kan vi bara föreställa oss vad som händer, eftersom ingenting returneras med viktig information om dess öde.
Men 1974 föreslog Stephen Hawking att avbrott i kvantfluktuationer orsakade av händelsehorisonten leder till en typ av strålning som mycket liknar termisk strålning. Om denna Hawking-strålning finns är den för svag för att vi ska kunna upptäcka den. Vi kanske aldrig kommer att kunna skilja det från universums väsande statik. Men vi kan undersöka dess egenskaper genom att skapa analoger av svarta hål i laboratorieförhållanden.
Detta har gjorts tidigare, men i en studie som publicerades förra året ledd av Lotta Mertens vid universitetet i Amsterdam i Nederländerna, gjorde fysiker något nytt. En endimensionell kedja av atomer fungerade som en väg för elektroner att "hoppa" från en position till en annan. Genom att ändra lättheten med vilken dessa hopp kunde ske, kunde fysiker få vissa egenskaper att försvinna, vilket effektivt skapar en slags händelsehorisont som stör elektronernas vågliknande natur.
Effekten av denna falska händelsehorisont gav en temperaturökning som motsvarade de teoretiska förväntningarna på ett likvärdigt system av svarta hål, men bara när en del av kedjan sträckte sig bortom händelsehorisonten. Detta kan betyda att intrasslingen av partiklar som korsar händelsehorisonten spelar en viktig roll i genereringen av Hawking-strålning.
Den simulerade Hawking-strålningen var endast termisk för ett visst intervall av spikamplituder, och i simuleringar som började med att simulera en viss typ av rumtid som antogs vara "platt". Detta indikerar att Hawking-strålning endast kan vara termisk i vissa situationer när det sker en förändring i krökningen av rum-tiden under påverkan av gravitationen.
Det är inte klart vad detta betyder för kvantgravitationen, men modellen erbjuder ett sätt att studera utseendet av Hawking-strålning i ett medium som inte påverkas av den vilda dynamiken i bildandet av svarta hål. Och eftersom det är så enkelt kan det användas i ett brett spektrum av experimentella miljöer, säger forskarna.
"Detta kan öppna upp möjligheter för att studera grundläggande kvantmekaniska aspekter, såväl som gravitation och skev rumtid under olika förhållanden av kondenserad materia," förklarar fysikerna i sin artikel.
Också intressant:
- Sex bud om artificiell intelligens
- 10 upptäckter som visar att Einstein har rätt om universum. Och 1, vilket förnekar