Ttv24h.vn

Những câu chuyện nóng hổi, ​​những tiêu đề tin tức mới nhất về thời sự, kinh doanh và giải trí từ Việt Nam.

Thuyết lỗ đen của Hawking lần đầu tiên được xác nhận bởi quan sát

Ấn tượng của một nghệ sĩ về hai lỗ đen sắp va chạm và hợp nhất.

Nghiên cứu cung cấp bằng chứng, dựa trên sóng hấp dẫn, để chỉ ra rằng tổng diện tích chân trời sự kiện của lỗ đen không bao giờ có thể giảm.

Có một số quy tắc mà ngay cả những thứ khắc nghiệt nhất trong vũ trụ cũng phải tuân theo. Quy luật trung tâm của lỗ đen dự đoán rằng vùng chân trời sự kiện của chúng – ranh giới mà không có gì có thể thoát ra – sẽ không bao giờ thu hẹp lại. Định luật này là lý thuyết khu vực Hawking, được đặt theo tên của nhà vật lý Stephen Hawking, người đã đưa ra lý thuyết này vào năm 1971.

Năm mươi năm sau, các nhà vật lý tại MIT và các nơi khác lần đầu tiên xác nhận lý thuyết vùng Hawking, sử dụng các quan sát về sóng hấp dẫn. Kết quả của họ xuất hiện vào ngày hôm nay (1 tháng 7 năm 2021) trong tin nhắn đánh giá vật lý.

Trong nghiên cứu, các nhà nghiên cứu đã xem xét kỹ hơn GW150914, tín hiệu sóng hấp dẫn đầu tiên được phát hiện bởi Đài quan sát sóng hấp dẫn giao thoa kế laser (LIGO), vào năm 2015. Tín hiệu này là sản phẩm của hai lỗ đen cảm hứng sinh ra một lỗ đen mới, cùng với một lượng lớn Năng lượng lan truyền trong không thời gian dưới dạng sóng hấp dẫn.

Nếu lý thuyết vùng Hawking là đúng, thì diện tích đường chân trời của lỗ đen mới không được nhỏ hơn tổng diện tích đường chân trời của các lỗ đen ban đầu. Trong nghiên cứu mới, các nhà vật lý đã phân tích lại tín hiệu từ GW150914 trước và sau vụ va chạm vũ trụ và phát hiện ra rằng tổng diện tích chân trời sự kiện không giảm sau khi hợp nhất – kết quả mà họ báo cáo với độ tin cậy 95%.

Vụ va chạm của hai lỗ đen GW150914

Các nhà vật lý tại MIT và các nơi khác đã sử dụng sóng hấp dẫn để xác nhận lý thuyết vùng lỗ đen của Hawking lần đầu tiên thông qua quan sát. Mô phỏng máy tính này cho thấy sự va chạm của hai lỗ đen tạo ra tín hiệu sóng hấp dẫn GW150914. Tín dụng: Dự án mô phỏng vũ trụ cực đoan (SXS). Tín dụng: Được phép của LIGO

Phát hiện của họ đại diện cho sự xác nhận quan sát trực tiếp đầu tiên về lý thuyết vùng của Hawking, lý thuyết này đã được chứng minh về mặt toán học nhưng chưa được quan sát trong tự nhiên. Nhóm nghiên cứu có kế hoạch kiểm tra các tín hiệu sóng hấp dẫn trong tương lai để xem liệu chúng có tiếp tục xác nhận lý thuyết của Hawking hay là một dấu hiệu của quy luật vật lý xoắn mới.

READ  Argentina, Nepal và những nước khác đang chứng kiến ​​các ca bệnh tăng nhanh, chẳng hạn như Ấn Độ

Tác giả chính Maximiliano Essie, một nghiên cứu sinh sau tiến sĩ của NASA tại MIT, Maximiliano Essie, cho biết: “Có thể sẽ có một vườn thú gồm các vật thể nhỏ gọn khác nhau, và trong khi một số là lỗ đen tuân theo định luật Einstein và Hawking. những con quái vật khác nhau. ” Viện Nghiên cứu Vũ trụ và Vật lý Thiên văn Kavli. “Vì vậy, nó không giống như bạn làm bài kiểm tra này một lần và nó kết thúc. Bạn làm điều này một lần, và đó là sự khởi đầu.”

Các đồng tác giả của Isi trong bài báo là Will Farr của Đại học Stony Brook và Trung tâm Vật lý Thiên văn Tính toán Flatiron, Matthew Geisler của Đại học Cornell, Mark Schell của Caltech, và Saul Tiukolsky của Đại học Cornell và Caltech.

kỷ nguyên của tầm nhìn

Năm 1971, Stephen Hawking đề xuất lý thuyết diện tích, đưa ra một loạt ý tưởng cơ bản về cơ học lỗ đen. Lý thuyết dự đoán rằng tổng diện tích của chân trời sự kiện của một lỗ đen — và tất cả các lỗ đen trong vũ trụ, đối với vật chất này — sẽ không bao giờ giảm. Tuyên bố này là một sự song song kỳ lạ với định luật thứ hai của nhiệt động lực học, trong đó nói rằng entropi, hay mức độ rối loạn bên trong một vật thể, không bao giờ được giảm.

Sự giống nhau giữa hai lý thuyết cho thấy rằng các lỗ đen có thể hoạt động như các vật thể nhiệt phát ra nhiệt – một đề xuất khó hiểu, vì người ta tin rằng các lỗ đen về bản chất của chúng không bao giờ cho phép thoát ra ngoài hoặc bức xạ. Cuối cùng, Hawking đã bình phương hai ý tưởng vào năm 1974, cho thấy rằng các lỗ đen có thể có entropi và phát ra bức xạ trong một khoảng thời gian rất dài nếu tính đến các hiệu ứng lượng tử của chúng. Hiện tượng này được mệnh danh là “bức xạ Hawking” và vẫn là một trong những khám phá cơ bản nhất về lỗ đen.

READ  Thiên thạch kỳ lạ tiết lộ manh mối về nguồn gốc của hệ mặt trời của chúng ta

Issy nói: “Tất cả bắt đầu với nhận thức của Hawking rằng tổng diện tích đường chân trời của các lỗ đen không bao giờ có thể giảm xuống. “Bộ luật Địa hạt minh họa cho một thời kỳ vàng son trong những năm 1970, trong đó tất cả những ý tưởng này được sản sinh ra.”

Hawking và những người khác đã chỉ ra rằng lý thuyết diện tích hoạt động theo phương pháp toán học, nhưng không có cách nào để kiểm tra nó so với tự nhiên cho đến khi lần đầu tiên LIGO phát hiện ra sóng hấp dẫn.

Khi biết kết quả, Hawking đã nhanh chóng liên hệ với người đồng sáng lập LIGO Kip Thorne, Giáo sư Vật lý lý thuyết Feynman tại Caltech. Câu hỏi của ông: Khám phá có thể xác nhận lý thuyết khu vực không?

Vào thời điểm đó, các nhà nghiên cứu không có khả năng chọn ra thông tin cần thiết trong tín hiệu, trước và sau khi hợp nhất, để xác định xem vùng chân trời cuối cùng có giảm đi hay không, như giả thuyết của Hawking. Mãi cho đến vài năm sau, Isi và các đồng nghiệp của ông đã phát triển một kỹ thuật khi thử nghiệm quy luật của khu vực, mới có thể thực hiện được.

trước và sau

Vào năm 2019, Isi và các đồng nghiệp đã phát triển một kỹ thuật trích xuất tiếng vọng ngay sau đỉnh GW150914 – thời điểm hai lỗ đen ban đầu va chạm để tạo thành một lỗ đen mới. Nhóm nghiên cứu đã sử dụng kỹ thuật này để chọn ra các tần số hoặc âm cụ thể cho các hiệu ứng lớn, mà họ có thể sử dụng để tính toán khối lượng tối đa và chuyển động quay của lỗ đen.

Khối lượng và vòng quay của lỗ đen có liên quan trực tiếp đến vùng trong chân trời sự kiện của nó, và Thorne tiếp cận chúng, nhớ lại truy vấn của Hawking, với phần tiếp theo: Liệu họ có thể sử dụng cùng một kỹ thuật để so sánh tín hiệu trước và sau khi hợp nhất, xác nhận lý thuyết vùng ?

READ  Kính viễn vọng Mặt Trăng có thể tiết lộ thời kỳ đen tối của vũ trụ

Các nhà nghiên cứu đã chấp nhận thách thức và một lần nữa tách tín hiệu GW150914 đến đỉnh điểm của nó. Họ đã phát triển một mô hình để phân tích tín hiệu trước đỉnh, tương ứng với các lỗ đen truyền cảm hứng, và để xác định khối lượng và chuyển động quay của cả hai lỗ đen trước khi chúng hợp nhất. Từ những ước tính này, họ đã tính toán tổng diện tích đường chân trời – ước tính gần bằng khoảng 235.000 km vuông, hay gần gấp chín lần diện tích của Massachusetts.

Sau đó, họ sử dụng kỹ thuật trước đó của mình để trích xuất “vành đai” hoặc độ nảy của lỗ đen mới hình thành, họ tính toán khối lượng, vòng quay và cuối cùng là diện tích đường chân trời của nó, mà họ thấy là tương đương với 367.000 km vuông (khoảng 13 lần diện tích của Bang Bay).

Issy nói: “Dữ liệu cho thấy với sự tin tưởng tuyệt đối rằng khu vực đường chân trời đã tăng lên sau khi hợp nhất và quy luật của khu vực được thỏa mãn với xác suất rất cao. “Thật nhẹ nhõm khi kết quả của chúng tôi đồng ý với mô hình mà chúng tôi mong đợi, và xác nhận sự hiểu biết của chúng tôi về những vụ sáp nhập lỗ đen phức tạp này.”

Nhóm nghiên cứu có kế hoạch tiến hành các thử nghiệm sâu hơn về lý thuyết vùng của Hawking và các lý thuyết lâu đời khác về cơ học lỗ đen, sử dụng dữ liệu từ LIGO và Virgo, đối tác của họ ở Ý.

Issy nói: “Thật đáng khích lệ khi chúng ta có thể suy nghĩ theo những cách mới và sáng tạo về dữ liệu sóng hấp dẫn và đưa ra những câu hỏi mà trước đây chúng ta nghĩ rằng chúng ta không thể làm được. những gì chúng tôi nghĩ rằng chúng tôi hiểu. Một ngày nào đó, dữ liệu này có thể tiết lộ điều gì đó mà chúng tôi không ngờ tới. “

Tham khảo: “Thử nghiệm luật vùng lỗ đen sử dụng GW150914” của Maximiliano Essi, Will M. Farr, Matthew Geisler, Mark A. Shell và Saul A. Tukolsky, ngày 1 tháng 7 năm 2021 tin nhắn đánh giá vật lý.
DOI: 10.1103 / PhysRevLett.127.011103

Nghiên cứu này được hỗ trợ một phần bởi NASA, Quỹ Simmons và Quỹ Khoa học Quốc gia.