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Il buco nero evocato in un laboratorio fa le stesse strane cose che Stephen Hawking pensava che avrebbe fatto

• 2025

Quando qualcosa fa a pezzi la fisica, attraversi la quantistica regno, un luogo abitato da buchi neri, wormhole e altre cose che sono state le stelle di più film di fantascienza. Ciò che vive nel regno quantistico non è stato dimostrato (ancora) o si comporta in modo strano se esiste.

I buchi neri spesso si avventurano in quel regno. Con queste stelle collassate - almeno la maggior parte di esse - essendo impossibile far volare un'astronave (a meno che tu non voglia mai vederla di nuovo), un fisico ha deciso che il modo migliore per avvicinarsi a loro era sotto un microscopio letterale. Jeff Steinhauer voleva sapere se i buchi neri irradiano particelle come teorizzava il defunto Stephen Hawking. Poiché uno di questi leviatani non entrerebbe mai in un laboratorio, lui e il suo team di ricerca ne hanno creato uno proprio qui sulla Terra.

Dobbiamo capire come vediamo le onde sonore della radiazione di Hawking che entrano ed escono, Steinhauer, coautore di uno studio recentemente pubblicato su Fisica della natura , ha detto a SYFY WIRE. Dovrebbero essere molto leggeri. Vedere questa radiazione da un vero buco nero è troppo debole e sarebbe totalmente sopraffatto da altre fonti di radiazione, motivo per cui vogliamo vederlo in un sistema analogico.

Questo analogo del buco nero era più un tubo rispetto alle spettacolari cose vorticose che potresti vedere nelle immagini della NASA come quella sopra. Ad ogni modo, lo spettacolo di luci attorno a questi buchi neri mostruosi è in realtà solo tutta la polvere, il gas e altre cose stellari che divora. La squadra di Steinhauer non aveva bisogno di un intero disco di accrescimento . Volevano solo vedere se una delle particelle quantistiche entangled che fosse andata sull'orlo del... orizzonte degli eventi sarebbe fuggito come aveva predetto Hawking. Entanglement quantistico significa che due particelle si comporteranno esattamente allo stesso modo, ovunque si trovino nel tempo e nello spazio.

Stephen Hawking, che ha teorizzato che i buchi neri irradiano fotoni nello spazio. Credito: Frederick M. Brown/Getty Images

la manifestazione dei segni sta funzionando

Quando una di una coppia di particelle entangled va troppo lontano e supera l'orizzonte degli eventi, ma l'altra riesce a rimanere appena sul bordo del punto di non ritorno, alla fine verrà irradiata nello spazio. Questa è la radiazione di Hawking. In un buco nero analogico fatto di rubidio gas, i ricercatori hanno sostituito le onde sonore per le onde luminose che i buchi neri mangiano nello spazio perché gli atomi di rubidio si ingrandiscono più velocemente della velocità del suono, quindi nessuna onda sonora che raggiunge l'orizzonte degli eventi può mai sfuggire. Tuttavia, l'altra onda sonora entangled sarebbe al di fuori dell'orizzonte degli eventi, dove il flusso di gas era molto più lento ed era in grado di muoversi.

Abbiamo dovuto cercare qualcosa di correlato all'interno e all'esterno del buco nero, ha detto Steinhauer. Ogni volta che c'è un po' di onda all'interno del buco nero, c'è un'onda al di fuori del buco nero, e questo doveva essere ripetuto migliaia di volte. Devi continuare a cercare un'onda dentro e un'onda simultanea che esce.

Poiché la fotocamera che ha fotografato il buco nero analogico lo avrebbe distrutto all'istante, l'analogico doveva essere ricreato più e più volte. Ciascuno di questi era lungo circa 0,1 millimetri e composto da circa 8.000 atomi. Giusto per dare un'idea di quanto sia incredibilmente piccolo, il punto alla fine di questa frase ha almeno un miliardo di atomi. Ogni volta che veniva creato un nuovo analogico, il team aveva bisogno di trovare coppie di onde sonore con un'onda che si muoveva verso l'orizzonte pari e l'altra già oltre. Il gas rubidio scorre più velocemente del velocità del suono , così che ha impedito a una di queste onde sonore di esplodere, proprio come la gravità schiacciante di un buco nero nello spazio significa un destino imminente.

Scattare foto in continuazione ha dimostrato che la radiazione di Hawking rimane costante. Il team aveva bisogno di così tanti dati per trovare correlazioni sufficienti tra il comportamento di tutte queste coppie di onde sonore. Si è scoperto che facevano la stessa cosa ogni volta, quindi Hawking aveva ragione. Almeno questo esperimento gli ha dato ragione. Fino a quando non riusciremo a trovare un modo per studiare i buchi neri nello spazio con un telescopio tecnologicamente più avanzato di quanto possiamo mai immaginare, studi teorici come quello di Hawking dovranno sostenere se è probabile che ciò accada nei buchi neri reali. Steinhauer vuole andare oltre, come in gravità quantistica .

Vorrei andare oltre il calcolo di Hawking, per prendere in considerazione la gravità quantistica, ha detto. Secondo la relatività generale, puoi calcolare la gravità regolare se sai quanto è massiccio un corpo. La gravità quantistica ha casualità come qualsiasi sistema meccanico quantistico. Voglio anche vedere come la radiazione di Hawking sia analoga a cose come le molecole d'aria che diffondono il suono.

La stranezza dei buchi neri, e ciò che potrebbero significare per lo spaziotempo, non finisce mai davvero.