Μια υπέρρευστη κβαντική δίνη που ελέγχεται στο εργαστήριο επιτρέπει στους επιστήμονες να μάθουν περισσότερα για την συμπεριφορά που παρουσιάζουν οι μαύρες τρύπες. Μια δίνη που δημιουργείται σε ήλιο, ψύχεται σε μόλις ένα κλάσμα πάνω από το απόλυτο μηδέν, μιμείται το βαρυτικό περιβάλλον των μαύρων τρυπών με τόσο υψηλή ακρίβεια, δίνοντας μια άνευ προηγουμένου εικόνας για το πως τραβάνε και παραμορφώνουν τον χωροχρόνο γύρω τους.
«Η χρήση υπέρρευστού ηλίου μας επέτρεψε να μελετήσουμε τα μικροσκοπικά επιφανειακά κύματα με μεγαλύτερη λεπτομέρεια και ακρίβεια από ό,τι με τα προηγούμενα πειράματά μας στο νερό», εξηγεί ο φυσικός Patrik Švančara από το Πανεπιστήμιο του Nottingham στο Ηνωμένο Βασίλειο, ο οποίος ηγήθηκε της έρευνας.
«Καθώς το ιξώδες του υπέρρευστού ηλίου είναι εξαιρετικά μικρό, μπορέσαμε να διερευνήσουμε σχολαστικά την αλληλεπίδρασή τους με τον υπέρρευστο ανεμοστρόβιλο και να συγκρίνουμε τα ευρήματα με τις δικές μας θεωρητικές προβλέψεις».
Οι μαύρες τρύπες είναι τα πιο παράξενα και πιο ακραία αντικείμενα στο ήδη πολύ παράξενο Σύμπαν στο οποίο ζούμε. Προφανώς είναι τρομερά δύσκολο να μελετηθούν, αφού είναι αδύνατο να τις πλησιάσουμε, χωρίς να μας ρουφήξουν μέσα τους. Δεν εκπέμπουν καμία ακτινοβολία που να μπορούμε να ανιχνεύσουμε, όμως μπορούμε να δούμε το φως γύρω τους. Ευτυχώς έχουμε μερικές πολύ καλές θεωρητικές μελέτες που μπορούν να περιγράψουν με ακρίβεια την παρατηρούμενα συμπεριφορά τους.
Ένας τρόπος που μας επιτρέπει να μάθουμε περισσότερα για αυτές είναι η δημιουργία ανάλογων καταστάσεων με αυτές της μαύρης τρύπας. Αυτά τα πειράματα μπορούν να δημιουργήσουν τη θεωρία των μαύρων τρυπών, για να ρίξουν φως σε άλλες πτυχές της συμπεριφοράς τους. Ένα πολύ καλό ανάλογο των μαύρων τρυπών είναι οι δίνες.
Κάθε αντικείμενο που πλησιάζει αρκετά μια μαύρη τρύπα, αρχίζει να περιστρέφεται γύρω της και στην συνέχεια πέφτει μέσα της, όπως ακριβώς γίνεται με μια δίνει σε ρευστά υλικά. Είναι τόσο εύστοχη αυτή η σύγκριση, που οι επιστήμονες δημιουργούν υδάτινες δίνες για να μελετήσουν την συμπεριφορά μιας μαύρης τρύπας. Όμως ο Švančara και οι συνάδελφοί του πάνε ένα βήμα παραπέρα, κάνοντας χρήση υπέρρευστου ήλιου. Εδώ πρέπει να αναφέρουμε πως το υγρό ήλιο ξεκινάει να βράζει στους -268.93 βαθμούς Κελσίου.
Οι επιστήμονες χρησιμοποίησαν ένα ισότοπο ηλίου, το ήλιο-4, που έχει ψυχθεί στους -271 βαθμούς Κελσίου, μια θερμοκρασία που είναι λίγο πάνω από το απόλυτο 0 (στην φυσική το απόλυτο 0 είναι στους -273 βαθμούς Κελσίου ή 0 βαθμοί Kelvin). Σε αυτή τη θερμοκρασία τα μποζόνια στο ήλιο-4 επιβραδύνονται αρκετά ώστε να επικαλύπτονται και να συμπεριφέρονται ως ένα υπεράτομο, δηλαδή ένα ρευστό με μηδενικό ιξώδες, γνωστό και ως υπέρρευστο.
Η ομάδα αξιοποίησε τις ασυνήθιστες κβαντικές ιδιότητες του υπερρευστού ηλίου-4 για να δημιουργήσει ένα είδος «κβαντικής δίνης».
“Το υπερρευστό ήλιο περιέχει μικροσκοπικά αντικείμενα που ονομάζονται κβαντικές δίνες, τα οποία τείνουν να εξαπλώνονται το ένα από το άλλο”, λέει ο Švančara . «Στην εγκατάσταση μας, καταφέραμε να περιορίσουμε δεκάδες χιλιάδες από αυτά τα κβάντα σε ένα συμπαγές αντικείμενο που μοιάζει με μικρό ανεμοστρόβιλο, επιτυγχάνοντας μια ροή δίνης με δύναμη ρεκόρ στο βασίλειο των κβαντικών ρευστών».
Αυτή η δίνη όμως δίνει την δυνατότητα στους επιστήμονες να την μελετήσουν για κοινά χαρακτηριστικά μεταξύ της ροής της δίνης και της επίδρασης μιας μαύρης τρύπας, στον χωροχρόνο που καμπυλώνεται γύρω της.
Η NASA μας δείχνει πως θα πετάξει αεροπλάνο στον Άρη και τα σπάει! [Βίντεο]
Συγκεκριμένα, οι ερευνητές παρατήρησαν στάσιμα κύματα ανάλογα με τις καταστάσεις δεσμευμένες με μαύρη τρύπα και διεγέρσεις ανάλογες με την κατάρρευση μιας νεοσχηματισμένης μαύρης τρύπας.
Και όλα αυτά είναι μόνο η αρχή. Τώρα που αποδείχθηκε πως το πείραμα λειτουργεί με τον τρόπο που προβλεπόταν, η δίνη είναι έτοιμη και στα χέρια της επιστήμης, για να ξεκλειδώσει τα μυστικά των μαύρων τρυπών.
«Όταν παρατηρήσαμε για πρώτη φορά ξεκάθαρα στοιχεία της φυσικής της μαύρης τρύπας στο αρχικό μας αναλογικό πείραμα το 2017 , ήταν μια σημαντική στιγμή για την κατανόηση ορισμένων από τα παράξενα φαινόμενα που είναι συχνά δύσκολο, αν όχι αδύνατο, να μελετηθούν διαφορετικά», λέει ο φυσικός Silke Weinfurtner. του Πανεπιστημίου του Nottingham.
Ακολουθήστε το Techmaniacs.gr στο Google News για να διαβάζετε πρώτοι όλα τα τεχνολογικά νέα. Ένας ακόμα τρόπος να μαθαίνετε τα πάντα πρώτοι είναι να προσθέσετε το Techmaniacs.gr στον RSS feeder σας χρησιμοποιώντας τον σύνδεσμο: https://techmaniacs.gr/feed/.
