Εδώ και δεκαετίες επικρατεί η αντίληψη ότι τίποτα δεν μπορεί να ξεφύγει από τη βαρυτική έλξη μιας μαύρης τρύπας. Ωστόσο, ήδη από το 1974, ο Στίβεν Χόκινγκ είχε προβλέψει ότι οι μαύρες τρύπες δεν είναι εντελώς «μαύρες». Σύμφωνα με τη θεωρία του, εκπέμπουν μια εξαιρετικά ασθενή θερμική ακτινοβολία, γνωστή ως ακτινοβολία Hawking, χάνοντας σταδιακά ενέργεια και μάζα, μέχρι να εξατμιστούν εντελώς σε ασύλληπτα μεγάλες χρονικές κλίμακες.
Παρότι η θεωρία θεωρείται μία από τις σημαντικότερες προβλέψεις της κβαντικής φυσικής σε καμπυλωμένο χωροχρόνο, ένα βασικό ερώτημα παρέμενε αναπάντητο: με ποιον ακριβώς μηχανισμό μεταφέρεται η ενέργεια από τη μαύρη τρύπα στην ακτινοβολία που εκπέμπεται;
Αυτό ακριβώς φαίνεται πως κατάφερε να φωτίσει μια νέα διεθνής ερευνητική ομάδα με επικεφαλής τον Lorenzo Procopio του Πανεπιστημίου του Πάντερμπορν στη Γερμανία. Οι επιστήμονες δεν χρησιμοποίησαν πραγματική μαύρη τρύπα, κάτι πρακτικά αδύνατο, αλλά δημιούργησαν ένα εργαστηριακό ανάλογό της χρησιμοποιώντας παλμούς λέιζερ που ταξιδεύουν μέσα σε ειδικά σχεδιασμένη οπτική ίνα. Με αυτόν τον τρόπο προσομοίωσαν τις φυσικές συνθήκες που επικρατούν κοντά στον ορίζοντα γεγονότων μιας μαύρης τρύπας.
Το πείραμα που ίσως αλλάξει όσα γνωρίζουμε
Το συγκεκριμένο οπτικό σύστημα είχε χρησιμοποιηθεί και στο παρελθόν για την αναπαραγωγή της ακτινοβολίας Hawking. Αυτή τη φορά όμως οι ερευνητές αναζήτησαν κάτι ακόμη πιο δύσκολο να ανιχνευθεί: το λεγόμενο backreaction, δηλαδή την αντίδραση του ίδιου του συστήματος όταν χάνει ενέργεια εξαιτίας της εκπομπής της ακτινοβολίας.
Με απλά λόγια, όπως όταν δύο άνθρωποι με πατίνια σπρώχνουν ο ένας τον άλλο και κινούνται προς αντίθετες κατευθύνσεις, έτσι και όταν η ακτινοβολία Hawking απομακρύνει ενέργεια, το σύστημα που τη δημιουργεί πρέπει να χάσει ισόποση ενέργεια. Μέχρι σήμερα, αυτή η διαδικασία αποτελούσε αποκλειστικά θεωρητική πρόβλεψη.
Οι επιστήμονες κατάφεραν να ανιχνεύσουν αυτή τη μικροσκοπική μεταβολή στον παλμό του λέιζερ, παρατηρώντας για πρώτη φορά το ανάλογο του backreaction σε εργαστηριακές συνθήκες.
Η μεγάλη έκπληξη
Το πιο εντυπωσιακό εύρημα της μελέτης ήταν ότι η ακτινοβολία Hawking φαίνεται να παράγεται μέσω μιας πολύ πιο απλής διαδικασίας απ’ ό,τι πίστευαν μέχρι σήμερα οι φυσικοί.
Οι μέχρι σήμερα θεωρίες υποστήριζαν ότι απαιτείται μια περίπλοκη αλληλουχία οπτικών αλληλεπιδράσεων για να δημιουργηθεί η ακτινοβολία. Αντίθετα, τα νέα αποτελέσματα δείχνουν ότι τόσο η ακτινοβολία όσο και η αντίδραση ανάδρασης μπορούν να εξηγηθούν από μία και μόνο άμεση φυσική διαδικασία.
Όπως αναφέρουν οι ίδιοι οι ερευνητές στη δημοσίευσή τους, είναι πιθανό ακόμη και οι πραγματικές μαύρες τρύπες να εκπέμπουν ακτινοβολία μέσω ενός αντίστοιχα απλού μηχανισμού, γεγονός που θα μπορούσε να αλλάξει σημαντικά την κατανόησή μας για τον τρόπο με τον οποίο εξατμίζονται.
Γιατί η ανακάλυψη θεωρείται τόσο σημαντική
Η άμεση παρατήρηση της ακτινοβολίας Hawking στο Διάστημα παραμένει πρακτικά αδύνατη, καθώς το σήμα της είναι εξαιρετικά ασθενές και χάνεται μέσα στην κοσμική ακτινοβολία υποβάθρου. Για τον λόγο αυτό, τα εργαστηριακά ανάλογα αποτελούν σήμερα το σημαντικότερο εργαλείο για τη μελέτη του φαινομένου.
Αν ο ίδιος μηχανισμός επιβεβαιωθεί και σε άλλα πειραματικά συστήματα, οι επιστήμονες εκτιμούν ότι θα πρόκειται για μία από τις σημαντικότερες επιβεβαιώσεις της θεωρίας του Χόκινγκ, ενώ παράλληλα θα μπορούσε να προσφέρει πολύτιμες απαντήσεις στο περίφημο παράδοξο της πληροφορίας, ένα από τα μεγαλύτερα άλυτα προβλήματα της θεωρητικής φυσικής, με το οποίο ο ίδιος ο Stephen Hawking ασχολήθηκε μέχρι και την τελευταία επιστημονική εργασία του πριν από τον θάνατό του.
Με πληροφορίες από Nature / Sciencealert
