Stephen Hawking'in en büyük katkısı: Hawking radyasyonu
[Boke Garden-Science Popularization (Daha fazlasını görmek için "Boke Garden" ı takip edin)] Talihsiz bir gerçek, 14 Mart 2018'de İngiliz fizikçi ve kozmolog Stephen Hawking'in 76 yaşında vefat etmesi. 1942-2018), hayatından önce Cambridge Üniversitesi Teorik Kozmoloji Merkezi'nin araştırma direktörlüğünü yaptı. Ana araştırma alanları kozmoloji ve kara delikler.Genel göreliliğin tekillik teoremini ve kara delik alanı teoremini kanıtladı ve kara delik buharlaşma fenomenini ve sınırsız Hawking evren modelini önerdi.Dünyadaki herkesin bu büyük bilim insanını hatırlayıp anacağına inanıyorum! Brocade Garden: Süperstarın düşüşü insanlık için bir kayıptır. Profesör Hawking'e insan uygarlığı bilimine katkılarından dolayı teşekkür ederiz!
Efsane: İngiliz fizikçi ve kozmolog Stephen Hawking
1915'te Albert Einstein, eski Newtoncu dünya görüşünü birleşik bir zaman ve mekan kavramıyla değiştirerek genel görelilik teorisini yayınladı. Einstein'ın denkleminin bir tarafında, evrendeki madde ve enerji uzay-zamanın nasıl büküldüğünü söylerken, diğer tarafta uzay-zamanın eğimli yapısı madde ve enerjinin nasıl hareket ettiğini anlatır. Bu denklemlerin karmaşıklığı kesin çözümler bulmayı zorlaştırır, çünkü Einstein sadece iki tane buldu: biri tamamen boş bir uzay ve diğeri zayıf alanın sınırındaki tek bir kütledir.
Açıklama: Bir kara deliğin olay ufku, hiçbir nesnenin ve hatta ışığın kaçamayacağı küresel veya küresel bir alandır. Ancak olay ufkunun dışında, kara deliklerin Hawking radyasyonu adı verilen radyasyon yayacağı tahmin ediliyor. Hawkingin 1974 çalışması bunu ilk kez kanıtladı ve bunun onun en büyük bilimsel başarısı olduğu söylenebilir. Görüntü bilgisi ve telif hakkı: NASA; Jörn Wilms (Tübingen) ve diğerleri; ESA
Ertesi yıl Karl Schwarzschild ilk ilginç çözümü keşfetti: tüm alanlarda bir nokta kütlesine sahip olmak. Artık bunun bir kara delik çözümü olduğunun farkındayız ve bugün bile birkaç doğru çözümden biri. Schwarzschild'in formülüne göre, kara delik sabit bir nesnedir ve bunun olmadığını ilk kanıtlayan Hawking olmuştur. Yani, zamanla kara delikler yayılacaktır (Hawking radyasyonu), bu nedenle kara delikler tamamen siyah değildir.
Açıklama: Dönmeyen izole bir kara delik için, kara deliğin kütlesi olay ufku yarıçapının tek belirleyicisidir. Uzun bir süre insanlar, kara deliklerin evrenin uzay zamanında statik nesneler olduğuna inanıyorlardı. Görüntü bilgisi ve telif hakkı: SXS ekibi; Bohn ve diğerleri 2015
Uzun bir süre boyunca, kara delikleri yalnızca birkaç karakteristik özellik tanımlayabilir. Schwarzschild'in formülünde, kara deliğin kütlesi basitçe atanır ve uzay-zamanın eğriliği sorunu çözülür. Diğer görüşler, bir yük (Reissner-Nordstrom kara deliği) veya dönüş (Kerr kara deliği) eklemenin mümkün olduğunu söylüyor, ancak bu, bir kara deliğe bilgi eklemek imkansız: elektriksel olarak nötr, dönmeyen bir kişi kara deliğe girer. Daha sonra hidrojen bulutu kadar (o kadar) bilgi içerecektir. Termodinamik açıdan bu bir felakettir. Mutlak sıfır sıcaklığa ve sıfır entropiye sahip bir hidrojen demetini bir kara deliğe atmak mümkündür ve karadelik üzerinde aynı enerjiye sahip bir insanı oraya atmakla aynı etkiye sahip olacaktır ki bu anlamsızdır.
Açıklama: Bir nesne bir kara delik tarafından yutulduğunda, maddenin sahip olduğu entropi miktarı fiziksel özelliklere bağlıdır. Ancak kara deliğin içinde yalnızca kütle, yük ve açısal momentum özellikleri önemlidir. Termodinamiğin ikinci yasasının hala doğru olması gerekiyorsa, bu büyük bir sorun olacaktır. Görüntü bilgileri ve telif hakkı: İllüstrasyon: NASA / CXC / M.Weiss; X-ışını (üstte): NASA / CXC / MPE / S. Komossa ve diğerleri (L); Optik: ESO / MPE / S.Komossa (R)
Bu, termodinamiğin ikinci yasasının aksine, evrenin entropisini birdenbire keyfi olarak azaltmanın bir yolu olduğu anlamına gelir.Klasik bir kara deliğin sıfır entropiye sahip olması gerekir. Kara deliğe gerçek, pozitif ve büyük miktarlarda entropi yansıtılabilirse, bu yasayı ihlal etmenin bir yolu olacaktır. Bildiğimiz kadarıyla entropi artıyor ki bu Hawking'in kara delikler hakkında düşünürken düşündüğü sorulardan biri. Kara deliği tanımlamanın bir yolu olmalı ve bu değer pozitif ve büyük olmalıdır. Zamanla entropiyi artırmak mümkün olmalı, ancak onu azaltmak yasaktır. Tek yol, kara deliğin kütlesini en azından hayal edildiği kadar artmaya zorlayarak entropiyi artırmaktır.
Açıklama: Kodlanmış bilgi, olay ufkunun yüzey alanıyla orantılı olan kara deliğin yüzeyindeki bilgi bitleri (bit bilgileri) olabilir. Görüntü bilgisi ve telif hakkı: T.B. Bakker / Dr. J.P. van der Schaar, Universiteit van Amsterdam
Bilim adamlarının (Hawking dahil) bu sorunu çözmek için verdiği cevap, kara deliğin yüzey alanıyla orantılı entropi yapmaktır. Bir kara delikte ne kadar çok kuantum bilgisi bulunursa, entropisi o kadar büyük olur. Ancak bu yeni bir problemi beraberinde getiriyor: Entropi varsa bu sıcaklık var demektir, sıcaklık varsa enerji yayılması gerekir. Başlangıçta "siyah" olarak adlandırılır (sadece yemek ama kusma) çünkü hiçbir şey yoktur, ışık bile kaçamaz, artık kara deliklerin bir şeyler atması gerektiği açıktır (yol Hawking radyasyonu). Yani kara delik artık statik bir sistem değil, zamanla değişiyor.
Açıklama: Kara deliğin simüle edilmiş zayıflaması yalnızca radyasyon salınımına neden olmayacak, aynı zamanda merkezi yörüngenin kütlesinin de zayıflamasına neden olacaktır. Kara delikler statik nesneler değildir, ancak zamanla değişir. Görüntü bilgisi ve telif hakkı: AB'nin İletişim Bilimi
Öyleyse, eğer bir kara delik o kadar siyah değilse ve yayılıyorsa, şu anda en büyük sorun kara deliğin nasıl yayıldığıdır? Bu bulmacanın cevabı Stephen Hawking'in fiziğe yaptığı en büyük katkıdır. Kuantum alan teorisinde boşluk uzayının düz uzayda nasıl temsil edildiğini nasıl hesaplayacağımızı biliyoruz. Başka bir deyişle, herhangi bir nesneden (kara delik gibi) uzaktayken, size boş uzayın doğasını anlatabilirsiniz. Hawking ilk kez bunun kavisli bir uzayda nasıl yapılacağını gösterdi: olay ufkunun birkaç yarıçapı içinde, kütle yakın olduğunda kuantum vakumunun davranışının önemli ölçüde farklı olduğunu buldu.
Efsane: Kuantum yerçekimi, Einstein'ın genel görelilik teorisini kuantum mekaniğiyle birleştirmeye çalışır. Beyazla gösterildiği gibi, klasik yerçekimine kuantum düzeltmesi bir döngü diyagramı olarak görselleştirilir. Hawking tarafından kullanılan yarı klasik yaklaşım, kavisli uzay arka planında vakum kuantum alanlarının teorik etkilerinin hesaplanmasını içerir. Görüntü bilgisi ve telif hakkı: SLAC Ulusal Hızlandırıcı Laboratuvarı
Hawking matematiksel işlemler gerçekleştirdiğinde, aşağıdaki doğa kanunlarını keşfetti:
1. Kara delikten uzaklaştığında, kara cismin yaydığı termal radyasyon elde edilecektir.
2. Emisyon sıcaklığı kara deliğin kalitesine bağlıdır: kalite ne kadar düşükse sıcaklık o kadar yüksek
3. Bir kara delik radyasyon yaydığında kütlesi azalacaktır, bu da Einstein'ın E = mc ^ 2'si ile tam olarak aynıdır. Emisivite ne kadar yüksekse kütle kaybı o kadar hızlı olur.
4. Kara delik kütle kaybettiğinde, küçülür ve daha hızlı yayılır. Bir kara deliğin var olabileceği zaman, kütlesinin küpüyle orantılıdır: Samanyolu'nun merkezindeki kara deliğin ömrü, güneş kütlesindeki kara deliğinkinden 10 ^ 20 kat daha uzundur.
Efsane: Boş uzayı, içeride ve dışarıda patlayan parçacık / karşıt parçacık çiftleri olarak hayal ederseniz, kara deliklerden gelen radyasyonu göreceksiniz. Bu görselleştirme tamamen doğru değildir, ancak görselleştirmenin kolay olmasının avantajları vardır. Görsel bilgileri ve telif hakkı: St. Andrews Üniversitesi'nden Ulf Leonhardt
İlk başta, Hawking onu parçacık / karşı parçacık çiftlerinin ortaya çıkması ve yok olması olarak görselleştirdi, yok etme radyasyon üretir. Bu aşırı basitleştirilmiş görüntü, kara delikten çok uzaktaki radyasyonu tanımlamak için yeterli kalitede, ancak ufuktan uzaklığının yanlış olduğu ortaya çıktı. Daha doğrusu, boşluktaki değişiklikler ve nispeten büyük eğriliğe sahip yerlerden yayılan radyasyon, kara deliğin kendisinin birkaç yarıçapı içindedir. Ancak, çok uzaklaştığınızda, her şey bu tür bir ısı-kara cisim radyasyonu gibi görünür.
Efsane: Hawking radyasyonu, kara delik olay ufkunu çevreleyen kavisli uzay-zamanda kuantum fiziği tahminlerinin kaçınılmaz bir sonucudur. Bu görselleştirme yukarıdakinden daha doğrudur çünkü fotonları parçacıklardan ziyade ana radyasyon kaynağı olarak gösterir. Ancak emisyon, tek tek parçacıklardan değil, uzayın eğriliğinden kaynaklanıyor ve bunların tümü olay ufkuna kadar izlenemiyor. Görüntü bilgisi ve telif hakkı: E. Siege
Aniden, kara delikte bir devrim meydana geldi ve kuantum alanlarının oldukça eğimli uzaylardaki davranışını anladı. Kara delik bilgi paradoksunu açar, çünkü şimdi kara delik buharlaştığında kara delik olay ufkunda kodlanan bilginin nerede olduğunu soruyoruz? Kara delik ateş duvarının (ilgili) sorusunu gündeme getirerek, nesnelerin olay ufkunu geçerken neden radyasyondan etkilenmediğini veya gerçekte radyasyondan etkilenip etkilenmediğini soruyor. Bize bir hacim (olay ufkunun çevrelediği boşlukta) ile onu saran yüzey (olay ufkunun kendisi) arasında bir ilişki olduğunu söyler Bu, holografik ilkenin gerçek hayattaki potansiyel bir örneğidir. Bir kapı açar ... Genel görelilik teorisinden sapan herhangi bir öngörü varsa, ilk kez kuantum kütleçekiminin etkisini keşfedebiliriz.
Efsane: Sonsuz karanlığın ebedi arka planına karşı bir ışık huzmesi belirecek: evrendeki son kara delik tamamen buharlaştı. Görüntü bilgisi ve telif hakkı: ortega-pictures / Pixabay
Tüm bunlara neden olan kağıt basitçe "kara delik patlaması" olarak adlandırıldı ve 1974'te Nature'da yayınlandı. Hawking, bu makaleyi yalnızca 32 yaşında yayınladı ve bu, ömür boyu sürecek bir araştırmanın en yüksek başarısı olacak. Hawking uzun yıllardır tekillikler, kara delikler, bebek evren ve Büyük Patlama üzerinde çalışıyor ve Gary Gibbons, George Ellis, Dennis Simma, Jim Barding, Roger Penrose, Bernard ile çalıştı. · Carl, Brandon Carter gibi bilimsel devlerle işbirliği yapıyor. Olağanüstü araştırması basit bir havadan değil, verimli bir akademik ortamda gelişen yaratıcılık ve yetenek kombinasyonundan ortaya çıktı. Bu hepimiz için bir ders, bu büyük teorik gelişmeleri elde etmek ve böylesine yüksek kaliteli bir ortam yaratmak (ve finanse etmek) istiyorsak, böyle bir araştırma mümkün olabilir.
Efsane: Kara delik olay ufkunun dışında, genel görelilik ve kuantum alan teorisi, meydana gelen fiziksel fenomeni, yani Hawking radyasyonunu anlamak için tamamen yeterlidir. Görüntü bilgisi ve telif hakkı: NASA
Bütün dünya onun yasını tutuyor, ancak araştırma sonuçları sonsuza dek insanlığa bırakılacak. Belki de bu, paradoksun çözüldüğü yüzyıl olacak ve belki de fizikteki bir sonraki büyük sıçrama doğrulanacaktır. Gelecek ne olursa olsun, Hawking'in mirası (araştırma sonuçları) güvenlidir ve tüm teorisyenlerin bekleyebilecekleri, teorilerinin zamanla geliştirileceğidir.
Hawking'in kendisinin de dediği gibi: Herhangi bir fizik teorisi her zaman geçicidir, çünkü bu sadece bir hipotezdir: asla kanıtlayamazsınız. Deneysel sonuçların belirli bir teori ile kaç kez tutarlı olduğu önemli değildir, sonraki sonuçların teori ile çelişip çelişip çelişmeyeceğini belirlemek imkansızdır. Dünya büyük bir bilimsel figürü kaybetmiş olsa da, Hawking'in ayrılışı, bilgimiz, anlayışımız ve merakımız üzerindeki etkisi çağ boyunca yankılanacak!
-
Bilgi: Sınırsız Bilim, Boko Park-Bilim Yaygınlaştırma
-
Yazar: Ethan Siegel (astrofizikçi)
-
İçerik: Mevcut ana akım bilime uyması için "Boke Garden" tarafından belirlenir
-
Gönderen: Forbes Science
-
Derleme: Genç Usta Shi Wushuang
-
İnceleme: Brocade Garden
-
Cevap: Bu makalenin bilgisi ile ilgili herhangi bir sorunuz varsa yorum alanına mesaj bırakabilirsiniz.
-
Yayılmış: Brocade Bahçesi
