کنجکاوی دانشمندان: شبیه‌سازی گردباد کوانتومی در جستجوی اسرار سیاه‌چاله‌ها
سیاه‌چاله‌ها به دلیل گرانش شدید خود، محیطی تاریک و پرتنش اطراف خود را ایجاد می‌کنند. این پدیده‌های شگفت‌انگیز اغلب برای ما قابل مشاهده نیستند، زیرا سیاه‌چاله‌های نزدیک زمین وجود ندارند. اما تیمی از پژوهشگران توانستند برای اولین‌بار یک ورتکس یا تاوه کوانتومی را ایجاد کنند تا بتوانند ویژگی‌های یک سیاهچاله را شبیه‌سازی کنند.
این تحقیقات توسط دانشمندان دانشگاه ناتینگهام انجام شد و از هلیم ابرشاره استفاده شد که دمای بسیار پایین و فوق‌العاده سردی داشت. با ایجاد یک ورتکس کوانتومی چرخنده در این ابرشاره، شرایط نزدیک به شرایط سیاه‌چاله‌ها بررسی شد.
این محققان توانستند امواج سطحی ریز را با دقت بیشتری مورد مطالعه قرار دهند و شباهت‌های قابل توجهی بین پیچند کوانتومی و سیاه‌چاله‌ها مشاهده کنند. آن‌ها امیدوارند که این پژوهش‌ها بتوانند به شناخت بهتری از فیزیک کوانتومی و شرایط اطراف سیاه‌چاله‌ها کمک کنند.
این نتایج در مجله Nature منتشر شده است و نشان می‌دهد که استفاده از هلیم ابرشاره می‌تواند راهی برای شبیه‌سازی شرایط سیاه‌چاله‌ها در آزمایشگاه باشد.
دیجیاتو نوشت: محیط اطراف سیاه‌چاله‌ها به‌خاطر گرانش بسیار شدید، محیطی پرتنش و پرنوسان است. مطالعه این پدیده‌های شگفت‌انگیز از نزدیک برای ما ممکن نیست، چون سیاه‌چاله‌ای نزدیک زمین وجود ندارد. حالا پژوهشگران برای اولین‌بار موفق به خلق یک ورتکس یا تاوه کوانتومی شده‌اند تا بتوانند ویژگی‌های یک سیاهچاله را روی زمین شبیه‌سازی کنند.گروهی از محققان به رهبری دانشمندان دانشگاه ناتینگهام در یک هلیم ابرشاره که در دمای فوق‌العاده پایین سرد شده بود، یک ورتکس کوانتومی چرخنده ایجاد کردند تا بتوانند به شرایطی نزدیک به شرایط سیاه‌چاله‌ها دست پیدا کنند.دلیل استفاده از این روش این است که گردبادها یا پیچَندهای کوانتومی بر سطح این ابرشاره امواج ریزی ایجاد می‌کنند که می‌تواند جریانی بدون اصطکاک (یا با گران‌روی بسیار پایین) را به نمایش بگذارد و سایر رفتارهای مواد در دمای نزدیک به صفر مطلق را نشان دهد. این خصوصیات همان شرایطی است که اطراف سیاه‌چاله‌های چرخان وجود دارد.«پاتریک اسوانکارا»، رهبر این محققان و پژوهشگر دانشگاه ناتینگهام می‌گوید: «استفاده از هلیم ابرشاره به ما اجازه داده است تا امواج سطحی ریز را با دقت و جزئیات بیشتر نسبت به آزمایش‌های قبلی در آب، مطالعه کنیم. با توجه به گران‌روی بسیار اندک هلیم ابرشاره، توانستیم تعامل این ماده با پیچند ابرشاره را بررسی و یافته‌های خود را با پیش‌بینی‌های نظری مقایسه کنیم.»شبیه‌سازی شرایط سیاه‌چاله‌ها با پیچند کوانتومیاگر می‌خواهید بدانید که یک ورتکس ابرشاره چگونه می‌تواند وضعیت یک سیاهچاله را شبیه‌سازی کند، باید با نظریه نسبیت عام اینشتین آشنا باشید. این نظریه می‌گوید فضا و زمان یک موجودیت منفرد به نام فضا-زمان است و گرانش زمانی افزایش می‌یابد که اشیای دارای جرم موجب خمیدگی فضا-زمان می‌شوند.سیاه‌چاله‌ها شیء نیستند، و درواقع مناطقی در فضا-زمان هستند که پیرامون یک جرم بی‌نهایت فشرده و چگال به‌وجود آمده‌اند. تاکنون سه مشخصه برای سیاه‌چاله‌ها شناخته شده است: بار الکتریکی، جرم و تکانه زاویه‌ای یا «چرخش». یک سیاهچاله چرخان یا «سیاهچاله کِر» (Kerr) که تکانه زاویه‌ای دارد، تاروپود فضا-زمان را در جهت چرخش خود، اطرافش می‌کشاند. این پدیده تحت عنوان «کشش چهارچوب» یا اثر لنز-تیرینگ شناخته می‌شود.با توجه به اینکه اثر لنز-تیرینگ و نیروهای پیرامون یک سیاهچاله موجب حرکت دائمی مواد می‌شوند، منطقی است که یک تاوه در مایع یا شاید یک گردباد در اتمسفر بتواند شباهت بالایی به شرایط فضا-زمان در اطراف سیاهچاله داشته باشد.محققان برای آزمایش خود یک سیستم کرایوژنیک با قابلیت حفظ چندین لیتر هلیم و پایین‌آوردن دمای آن تا کمتر از منفی 271 درجه سلسیوس ساختند. در این دما، هلیم مایع شروع به نمایش خاصیت‌های کوانتومی می‌کند که معمولاً مانع از شکل‌گیری تاوه‌های بزرگ می‌شود. بنابراین محققان دست به خلق پیچند کوانتومی در این ابرشاره فوق سرد زدند.اسوانکارا و همکارانش به شباهت‌های شگفت‌انگیزی میان پیچند کوانتومی و اثر سیاه‌چاله‌ها بر فضا-زمان دست یافتند. آن‌ها امیدوارند که این دستاورد بتواند راه شبیه‌سازی فیزیک کوانتوم را در آزمایشگاه‌ها هموارتر کند. نتایج پژوهش آن‌ها در مجله Nature منتشر شده است.عاطفه رضوان نیا
