ในปี 1974 สตีเฟ่นฮอว์คิงสร้างคำทำนายที่โด่งดังที่สุดของเขา: หลุมดำนั้นก็ระเหยไปหมดในที่สุด
ตามทฤษฎีของฮอว์คิงหลุมดำไม่ได้สมบูรณ์แบบ "สีดำ" แต่จริงๆแล้วปล่อยอนุภาคออกมา ฮอว์คิงเชื่อว่ารังสีนี้จะสามารถดูดพลังงานและมวลออกไปจากหลุมดำได้ในที่สุด ทฤษฎีนี้ได้รับการยอมรับอย่างกว้างขวางว่าเป็นจริง แต่ครั้งหนึ่งเคยคิดว่าแทบเป็นไปไม่ได้
อย่างไรก็ตามเป็นครั้งแรกที่นักฟิสิกส์ได้แสดงการแผ่รังสีฮอว์คิงที่เข้าใจยากนี้อย่างน้อยในห้องทดลอง แม้ว่ารังสีฮอว์คิงนั้นจะจางเกินกว่าที่จะตรวจจับในอวกาศโดยเครื่องมือปัจจุบันของเรา แต่นักฟิสิกส์ได้เห็นการแผ่รังสีนี้ในอะนาล็อกหลุมดำที่สร้างขึ้นโดยใช้คลื่นเสียงและสสารที่หนาวเย็นและแปลกประหลาดที่สุดในจักรวาล
คู่ของอนุภาค
หลุมดำออกแรงแรงดึงดูดอันทรงพลังอย่างเหลือเชื่อซึ่งแม้แต่โฟตอนซึ่งเคลื่อนที่ด้วยความเร็วแสงก็ไม่สามารถหลบหนีได้ ในขณะที่สุญญากาศของอวกาศโดยทั่วไปคิดว่าว่างเปล่าความไม่แน่นอนของกลศาสตร์ควอนตัมบอกว่าสูญญากาศแทนที่จะเต็มไปด้วยอนุภาคเสมือนที่ลอยเข้าและออกจากการดำรงอยู่ในคู่สสาร - ปฏิสสาร (อนุภาคแอนทายแมทเทอร์นั้นมีมวลเท่ากันกับสสารของพวกมัน แต่ตรงกันข้ามกับประจุไฟฟ้า)
โดยปกติหลังจากที่มีคู่ของอนุภาคเสมือนปรากฏขึ้นพวกเขาจะทำลายซึ่งกันและกันทันที อย่างไรก็ตามถัดจากหลุมดำแรงโน้มถ่วงที่รุนแรงที่สุดจะดึงอนุภาคแยกออกจากกันโดยมีหนึ่งอนุภาคดูดซับโดยหลุมดำเมื่ออีกอันหนึ่งพุ่งออกสู่อวกาศ อนุภาคที่ถูกดูดซับนั้นมีพลังงานเป็นลบซึ่งจะช่วยลดพลังงานและมวลของหลุมดำ กลืนอนุภาคเสมือนเหล่านี้ให้เพียงพอและในที่สุดหลุมดำก็ระเหยออกไป อนุภาคหลบหนีกลายเป็นที่รู้จักกันในชื่อรังสีฮอว์คิง
การแผ่รังสีนี้อ่อนแอพอที่จะเป็นไปไม่ได้ในขณะนี้ที่เราจะสังเกตการณ์ในอวกาศ แต่นักฟิสิกส์ได้คิดหาวิธีที่สร้างสรรค์มาก ๆ ในการวัดในห้องปฏิบัติการ
ขอบฟ้าเหตุการณ์น้ำตก
นักฟิสิกส์เจฟ Steinhauer และเพื่อนร่วมงานของเขาที่สถาบันเทคโนโลยีแห่งอิสราเอลในไฮฟาใช้ก๊าซเย็นมากที่เรียกว่าคอนเดนเสท Bose-Einstein เพื่อสร้างแบบจำลองขอบฟ้าเหตุการณ์ของหลุมดำขอบเขตที่มองไม่เห็นซึ่งไม่มีอะไรสามารถหลบหนีได้ ในลำธารของก๊าซนี้พวกเขาวางหน้าผาสร้าง "น้ำตก" ของก๊าซ เมื่อก๊าซไหลผ่านน้ำตกมันจะเปลี่ยนพลังงานศักย์ให้เป็นพลังงานจลน์ให้ไหลเร็วกว่าความเร็วของเสียง
แทนที่จะเป็นสสารและอนุภาคแอนทายแมทเทอร์นักวิจัยใช้คู่โฟนันหรือคลื่นเสียงควอนตัมในการไหลของก๊าซ โฟนันทางด้านช้าสามารถเดินทางกับการไหลของก๊าซห่างจากน้ำตกในขณะที่โฟนันทางด้านเร็วไม่สามารถติดกับ "หลุมดำ" ของก๊าซเหนือเสียง
“ เหมือนว่าคุณกำลังพยายามว่ายน้ำกับกระแสน้ำที่วิ่งเร็วกว่าที่คุณว่ายน้ำ” Steinhauer กล่าวกับ Live Science “ คุณจะรู้สึกว่าคุณกำลังก้าวไปข้างหน้า แต่คุณจะกลับมาจริง ๆ และนั่นก็คล้ายกับโฟตอนในหลุมดำที่พยายามจะหนีออกจากหลุมดำ แต่ถูกแรงโน้มถ่วงดึงไปในทางที่ผิด”
ฮอว์คิงทำนายว่าการแผ่รังสีของอนุภาคที่ปล่อยออกมาจะอยู่ในสเปกตรัมต่อเนื่องของความยาวคลื่นและพลังงาน นอกจากนี้เขายังกล่าวว่ามันสามารถอธิบายได้ด้วยอุณหภูมิเดียวที่ขึ้นอยู่กับมวลของหลุมดำเท่านั้น การทดลองเมื่อเร็ว ๆ นี้ยืนยันการคาดการณ์ทั้งสองนี้ในหลุมดำโซนิค
“ การทดลองเหล่านี้เป็นแรงผลักดันในการมองเห็น” Renaud Parentani นักฟิสิกส์เชิงทฤษฎีจาก Laboratoire de Physique Théoriqueของ Paris-Sud University บอกกับ Live Science Parentani ศึกษาหลุมดำแบบแอนะล็อก แต่จากมุมทฤษฎี เขาไม่ได้มีส่วนร่วมในการศึกษาใหม่ "เป็นการทดลองที่แม่นยำมากจากด้านการทดลองเจฟฟ์เป็นผู้เชี่ยวชาญชั้นนำระดับโลกในการใช้อะตอมเย็นเพื่อตรวจสอบฟิสิกส์หลุมดำ"
อย่างไรก็ตาม Parentani เน้นว่าการศึกษานี้เป็น "ขั้นตอนเดียวในกระบวนการที่ยาวนาน" โดยเฉพาะอย่างยิ่งการศึกษานี้ไม่ได้แสดงให้เห็นว่าคู่โฟนันมีความสัมพันธ์กับระดับควอนตัมซึ่งเป็นอีกแง่มุมสำคัญของการทำนายของฮอว์คิง
"เรื่องราวจะดำเนินต่อไป" Parentani กล่าว "มันยังไม่จบ"
