22/1/11

H έννοια του πραγματικού σωματίου είναι σχετική

Το 1975, ένας νέος φοιτητής του Wheeler, ο William Unruh, και (ανεξάρτητα) o Paul Davis στο King's College του Λονδίνου ανακάλυψαν (χρησιμοποιώντας τους νόμους των κβαντικών πεδίων σε καμπυλωμένο χωρόχρονο) ότι οι επιταχυνόμενοι παρατηρητές που βρίσκονται ακριβώς πάνω τον ορίζοντα μιας μαύρης τρύπας πρέπει να αντιλαμβάνονται τις διακυμάνσεις κενού στην περιοχή αυτή όχι ως ζεύγη δυνάμει σωματιδίων αλλά ως ατμόσφαιρα πραγματικών σωματιδίων - την οποία μάλιστα ο Unruh ονόμασε «ακτινοβολία επιτάχυνσης».
Αυτή η εντυπωσιακή ανακάλυψη έδειξε ότι η έννοια του πραγματικού σωματιδίου είναι σχετική και όχι απόλυτη, δηλαδή εξαρτάται από το σύστημα αναφοράς. Παρατηρητές σε συστήματα αναφοράς που εκτελούν ελεύθερη πτώση διασχίζοντας τον ορίζοντα της τρύπας βλέπουν να υπάρχουν έξω από αυτόν μόνο δυνάμει σωματίδια και καθόλου πραγματικά. Παρατηρητές σε επιταχυνόμενα συστήματα αναφοράς που, λόγω της επιτάχυνσής τους αιωρούνται για πάντα πάνω από τον ορίζοντα βλέπουν πληθώρα πραγματικών σωματιδίων.
Πως είναι δυνατόν να συμβαίνει κατι τέτοιο; Πως είναι δυνατόν ο ένας παρατηρητής να ισχυρίζεται ότι ο ορίζοντας περιβάλλεται από ατμόσφαιρα πραγματικών σωματιδίων και ο άλλος να ισχυρίζεται το αντίθετο; Η απάντηση έγκειται στο ότι τα κύματα που αντιστοιχούν στα δυνάμει σωματίδια δεν περιορίζονται μόνο στην περιοχή πάνω από τον ορίζοντα. Ένα μέρος του κύματος βρίσκεται κάτω από τον ορίζοντα ενώ το υπόλοιπο έξω από αυτόν.
  • Οι παρατηρητές που εκτελούν ελεύθερη πτώση και βυθίζονται κάτω από τον ορίζοντα μπορούν να δουν και τα δυο μέρη του κύματος των διακυμάνσεων του κενού, τόσο εκείνο που βρίσκεται στο εσωτερικό όσο και εκείνο στο εξωτερικό του ορίζοντα. Αυτοί οι παρατηρητές, λοιπόν, γνωρίζουν καλά (από τις μετρήσεις τους) ότι το κύμα είναι απλώς μια διακύμανση κενού και, αντίστοιχα, τα σωματίδιά του είναι εν δυνάμει σωματίδια και όχι πραγματικά.
  • Οι επιταχυνόμενοι παρατηρητές που παραμένουν για πάντα έξω από τον ορίζοντα μπορούν να δουν μόνο το εξωτερικό και όχι το εσωτερικό μέρος του κύματος της διακύμανσης του κενού. Αντίστοιχα, με τις μετρήσεις τους δεν μπορούν να διακρίνουν ότι το κύμα είναι απλώς μια διακύμανση κενού που συνοδεύεται από δυνάμει σωματίδια. Βλέποντας μόνο το ένα μέρος του κύματος, νομίζουν ότι πρόκειται για ένα πραγματικό κύμα που συνοδεύεται από δυνάμει σωματίδια, και, κατά συνέπεια, οι μετρήσεις τους δείχνουν ότι γύρω από τον ορίζοντα υπάρχει ατμόσφαιρα πραγματικών σωματιδίων. 
Το γεγονός ότι τα πραγματικά σωματίδια αυτής της ατμόσφαιρας μπορούν σιγά σιγά να διαφύγουν στο εξωτερικό σύμπαν (βλ. σχήμα γ) αποτελεί ένδειξη του ότι η άποψη των επιταχυνόμενων παρατηρητών είναι εξίσου σωστή, εξίσου έγκυρη με εκείνη των παρατηρητών που εκτελούν ελεύθερη πτώση: Αυτό που οι παρατηρητές σε ελεύθερη αντιλαμβάνονται ως ζεύγος δυνάμει σωματιδίων (που λόγω της παλιρροϊκής δύνμαης μετατρέπονται σε πραγματικά σωματίδια και το ένα από τα δυο απομακρύνεται), οι επιταχυνόμενοι παρατηρητές το αντιλαμβάνονται απλώς ως ένα σωματίδιο που ανέκαθεν ήταν πραγματικό (και αποτελούσε την ατμόσφαιρα της μαύρης τρύπας). Και οι δυο απόψεις είναι σωστές. Πρόκειται για το ίδιο φυσικό φαινόμενο από τη σκοπιά δύο διαφορετικών συστημάτων αναφοράς.
(α) Οι παρατηρητές που πέφτουν σε μια μαύρη τρύπα ( δυο αστροναύτες) βλέπουν ότι οι διακυμάνσεις κενού κοντά στον ορίζοντα της τρύπας συνίσταται από ζεύγη δυνάμει σωματιδίων
(β) Οι ακίνητοι παρατηρητές που βρίσκονται ακριβώς πάνω από τον ορίζοντα (ο αστροναύτης που αναρτάται από το σχοινί και εκείνος που χρησιμοποιεί τον προωθητικό πύραυλό του) βλέπουν ότι οι διακυμάνσεις κενού συνίστανται από μια ατμόσφαιρα πραγματικών σωματιδίων. Πρόκειται γαι τους "επιταχυνόμενους παρατηρητές".
(γ) Σύμφωνα με τους επιταχυνόμενους παρατηρητές τα σωματίδια της ατμόσφαιρας φαίνεται να εκπέμπονται από έναν θερμό μεμβρανοειδή ορίζοντα. Κινούνται προς τα πάνω διανύοντας μικρές αποστάσεις και τα περισσότερα επιστρέφουν στον ορίζοντα. Μερικά σωματίδια όμως κατορθώνουν να διαφύγουν από την έλξη της μαύρης τρύπας και εξαφανίζονται στο εξώτερο διάστημα.
Kip S. Thorne «Μαύρες τρύπες και στρεβλώσεις του χρόνου», εκδόσεις κάτοπτρο
(*) H ακτινοβολία που εκπέμπουν οι μαύρες τρύπες - και είναι εξαιρετικά δύσκολο έως αδύνατο να ανιχνευθεί - ονομάζεται ακτινοβολία Hawking

Δεν υπάρχουν σχόλια:

Δημοσίευση σχολίου

Related Posts Plugin for WordPress, Blogger...