スティーブンホーキング博士は、1974年にブラックホールが蒸発すると主張する不穏な理論を発表しました。 40年後の今、研究者は実験室でのホーキング放射のシミュレーションの作成を発表しました。
ブラックホールの可能性は、アインシュタインの一般相対性理論から来ました。 1916年のカールシュヴァルツシルトは、光や物質の進入を逃れることができない、重力の特異点を取り囲んでいる境界を持つ可能性を最初に実現しました。
今月、Technion – Israel Institute of TechnologyのJeff Steinhauerは、Nature誌の論文「アナログブラックホールレーザーでの自己増幅型ホーキング放射の観察」で、物質を使用してアナログイベントホライズンを作成した方法について説明しています。絶対零度近くまで冷却され、レーザーを使用してホーキング放射の放出を検出できました。これはホーキング放射の存在の最初の有効な証拠であり、その結果すべてのブラックホールの運命を封じることができるのでしょうか？
これは、実験室でホーキング放射アナログを作成する最初の試みではありません。 2010年に、ガラスのブロック、レーザー、ミラー、冷却チルドからアナログが作成されました（Phys。Rev. Letter、Sept 2010）。鏡に煙はつきませんでした。ガラスを通過する強力なレーザー光の超短パルスは、イベントホライズンとして機能する屈折率摂動（RIP）を誘発しました。 RIPからの光の放出が見られました。それにもかかわらず、F。Belgiornoらによる結果。物議を醸し続けます。さらに多くの実験が保証されました。
シュタインハウアーによるホーキング放射を再現する最新の試みは、よりハイテクなアプローチを採用しています。彼はボーズ・アインシュタイン凝縮を作り出しました。これは、絶対零度に非常に近い温度でのエキゾチックな物質の状態です。凝縮物内に作成された境界は、イベントの地平線として機能しました。ただし、詳細に入る前に、一歩下がって、シュタインハウアーや他の人々が何を再現しようとしているのかを考えてみましょう。
ホーキング放射を作るためのレシピは、ブラックホールから始まります。どんなサイズのブラックホールでも構いません。ホーキングの理論によると、小さなブラックホールは大きなブラックホールよりも急速に放射し、物質がそれらに落下しない場合、降着ははるかに速く「蒸発」します。巨大ブラックホールは、ホーキング放射によって蒸発するのに、現在の宇宙時代の100万倍以上かかることがあります。リークが遅いタイヤのように、ほとんどのブラックホールは最寄りの修理ステーションに行きます。
つまり、ブラックホールがあります。イベントの地平線があります。この地平線はシュヴァルツシルト半径としても知られています。事象の地平線にチェックインする光または物質は決してチェックアウトできません。あるいは、ホーキング博士の理論がそれを覆すまで、これは受け入れられた理解でした。そして、イベントの地平線の外は、いくつかの注意点がある普通の空間です。いくつかのスパイスを加えて検討してください。事象の地平線では、ブラックホールからの重力は非常に強いため、量子効果を誘発し、拡大します。
宇宙のすべて–私たちの中と宇宙の果てまで私たちを取り巻くものには、量子真空が含まれています。宇宙の量子真空のいたるところに、仮想粒子のペアが現れたり消えたりしています。非常に短い時間スケールで互いにすぐに消滅します。イベントの地平線での極端な条件により、電子と陽電子などの仮想粒子と反粒子のペアが具体化しています。イベントの地平線に十分近くに表示されるものは、ブラックホールの重力によって1つまたは他の仮想粒子が閉じ込められるため、ブラックホールの周囲から発せられる放射に自由に追加できるパーティクルが1つだけ残ります。全体として、天文学者がブラックホールの存在を検出するために使用できるが、直接は観察できない放射線。それは ペアリング解除 それ自体がブラックホールからの質量の正味の損失を表すホーキング放射を引き起こすその事象の地平線でのブラックホールによる仮想粒子の。
では、なぜ天文学者は宇宙でホーキング放射を探さないのですか？問題は、放射が非常に弱く、降着円盤でブラックホールを取り巻く他の多くの物理的プロセスによって生成された放射に圧倒されていることです。放射能は、エネルギッシュなプロセスの合唱によって消滅します。したがって、最も差し迫った可能性は、アナログを使用してホーキング放射線を再現することです。ホーキング放射はブラックホールの質量とエネルギーに比べて弱いですが、放射は本質的に常に宇宙でその親体を削ぎ落とします。
ここで、ブラックホールに対する理解が高まり、ホーキング博士の独創的な研究が生まれました。ホーキングを含む理論家たちは、ブラックホールを記述するために必要な量子論と重力の理論にもかかわらず、ブラックホールも黒体のように振る舞うことに気づきました。それらは熱力学によって支配され、エントロピーの奴隷です。ホーキング放射の生成は熱力学的プロセスとして特徴付けることができ、これが私たちを実験家に引き戻すものです。他の熱力学的プロセスを使用して、このタイプの放射線の放出を再現することができます。
容器内でボーズ・アインシュタイン凝縮を使用して、シュタインハウアーはレーザー光線を繊細な凝縮に向けて、イベントの地平線を作成しました。さらに、彼の実験は、イベントの地平線を定義する2つの境界の間に閉じ込められる音波を作成します。シュタインハウアーは、彼のアナログイベントの地平線の音波が、一般的なレーザーキャビティーで偶然に光に増幅されることを発見しましたが、ホーキング博士のブラックホールの理論によって予測されたとおりでもありました。アナログイベントの地平線に存在するレーザーから光が漏れます。シュタインハウアーは、この逃げる光は長く求められていたホーキング放射を表していると説明しています。
Natureでのこの作品の出版は、かなりのピアレビューを受けて受け入れられましたが、それだけでは彼の発見は検証されません。シュタインハウアーの研究は今やさらに厳しい監視に耐えることになります。他の人は彼の仕事を複製しようとします。彼の研究室のセットアップは類似しており、彼が観察しているものがホーキング放射を本当に表していることは検証されていない。
参照：
「アナログブラックホールレーザーでの自己増幅ホーキング放射の観察」、Nature Physics、2014年10月12日
「超短レーザーパルスフィラメントからのホーキング放射」、F。Belgiornoら、Phys。レター、2010年9月
「ブラックホール爆発？」、S。W. Hawkingら、Nature、1974年3月1日
「ブラックホールの量子力学」、S。ホーキング、Scientific American、1977年1月
