Diverse

Joacă riscantă de-a Dumnezeu. Pot fi create câmpuri magnetice de dimensiunile unor găuri negre pe Pământ

Joacă riscantă de-a Dumnezeu. Pot fi create câmpuri magnetice de dimensiunile unor găuri negre pe Pământ

Oamenii de știință ar trebui să poată crea câmpuri magnetice pe Pământ care rivalizează cu puterea celor observate în găurile negre și stelele de neutroni, sugerează un nou studiu. Astfel de câmpuri magnetice puternice, care ar fi create prin sablarea microtubulilor cu lasere, sunt importante pentru desfășurarea cercetării fizice de bază, științei materialelor și a astronomiei, potrivit unei noi lucrări de cercetare, scrisă de inginerul universității Osaka Masakatsu Murakami și colegii săi. Lucrarea a fost publicată pe 6 octombrie în revista cu acces liber Scientific Reports.

Majoritatea câmpurilor magnetice de pe Pământ, chiar și cele artificiale, nu sunt deosebit de puternice. Imagistica prin rezonanță magnetică (RMN) utilizată în spitale produce de obicei câmpuri de aproximativ 1 tesla sau 10.000 gauss. Pentru comparație, câmpul geomagnetic care orientează acele de busolă spre nord înregistrează între 0,3 și 0,5 gauss. Unele dispozitive destinate cercetării RMN utilizează câmpuri de până la 10,5 tesla sau 105.000 gauss. Iar un experiment de laborator din 2018 care implică lasere a creat un câmp la aproximativ 1.200 tesla, sau puțin peste 1 kilotesla. Dar nimeni nu a efectuat cu succes un câmp care să fie mai mare de atât.

Joacă riscantă de-a Dumnezeu. Pot fi create câmpuri magnetice de dimensiunile unor găuri negre pe Pământ

Sursa: phys.org

Acum, noile simulări sugerează că ar trebui să fie posibilă generarea unui câmp Mega Tesla. Adică un câmp de 1 milion de tesla. Murakami și echipa sa au folosit simulări și modele făcute pe computer pentru a descoperi dacă trimiterea impulsurilor laser ultra-intense asupra tuburilor goale cu doar câțiva microni în diametru ar putea stimula electronii din peretele tubului și ar putea provoca un salt  în cavitatea goală din centrul tubului,  astfel pătrundere rapidă a aerului în tubul vidat pereții acestuia sunt distruși. Interacțiunile acestor electroni ultra-fierbinți și vidul creat odată cu distrugerea tubului duc la fluxul de curent electric. Fluxul de sarcini electrice este ceea ce creează un câmp magnetic. În acest caz, fluxul de curent poate amplifica un câmp magnetic preexistent cu două până la trei ordine de mărime, au descoperit cercetătorii.

Câmpul magnetic Mega Tesla nu ar dura mult, decolorându-se după aproximativ 10 nanosecunde. Dar este suficient timp pentru experimentele moderne de fizică, care funcționează frecvent cu particule și condiții care scot din existență cu mult mai puțin de o clipită.

Murakami și echipa sa au folosit în continuare simulări de supercomputer pentru a confirma că aceste câmpuri magnetice ultra puternice sunt la îndemâna tehnologiei moderne. Ei au calculat că crearea acestor câmpuri magnetice în lumea reală ar necesita un sistem laser cu o energie pulsată de 0,1 până la 1 kilojoule și o putere totală de 10 până la 100 petawatt. Un petawatt este de un milion de miliarde de wați. Laserele de zece petawatt sunt deja implementate ca parte a infrastructurii europene de lumină extremă, iar oamenii de știință chinezi intenționează să construiască un laser de 100 de petawatt numit Stația luminii extreme, a raportat Science Magazine în 2018.

Câmpurile magnetice ultra puternice au multiple aplicații în fizica fundamentală, inclusiv în căutarea materiei întunecate. Magneții foarte puternici pot, de asemenea, să limiteze plasma în interiorul reactoarelor de fuziune nucleară într-o zonă mai mică, deschizând calea pentru o energie viabilă de fuziune.

Cercetătorii au demonstrat că găurile negre nu există

Găurile negre au captat mult timp imaginația publicului și au făcut obiectul culturii populare, de la Star Trek la Hollywood. Sunt necunoscutul suprem. Cele mai negre și mai dense obiecte din univers care nici măcar nu lasă lumina să scape. Și de parcă nu ar fi suficient de bizari pentru a începe, acum adăugați acest lucru la mix: nu există.

Prin fuzionarea a două teorii aparent antagonice, Laura Mersini-Houghton, profesor de fizică la UNC-Chapel Hill din Colegiul de Arte și Științe, a dovedit, matematic, că găurile negre în primul rând nu pot apărea niciodată. Lucrarea nu numai că îi obligă pe oamenii de știință să reimagineze țesătura spațiu-timp, ci și să regândească originile universului.

„Încă nu sunt peste șoc. Studiem această problemă de mai bine de 50 de ani și această soluție ne oferă multe de gândit.”A spus Mersini-Houghton.

Timp de decenii, s-a crezut că găurile negre se formează atunci când o stea masivă se prăbușește sub propria gravitație într-un singur punct din spațiu – imaginați-vă că Pământul este strâns într-o minge de mărimea unei arahide – numită singularitate. Așa că povestea a decurs, o membrană invizibilă cunoscută sub numele de orizontul evenimentelor înconjoară singularitatea și traversarea acestui orizont înseamnă că nu ați putea trece niciodată înapoi. Este punctul în care atracția gravitațională a unei găuri negre este atât de puternică încât nimic nu poate scăpa de ea.

Motivul pentru care găurile negre sunt atât de bizare este că pune două teorii fundamentale ale universului una împotriva celeilalte. Teoria gravitației a lui Einstein prezice formarea găurilor negre, dar o lege fundamentală a teoriei cuantice afirmă că nici o informație din univers nu poate dispărea vreodată. Eforturile de a combina aceste două teorii duc la prostii matematice și au devenit cunoscute sub numele de paradoxul pierderii informațiilor.

În 1974, Stephen Hawking a folosit mecanica cuantică pentru a arăta că găurile negre emit radiații. De atunci, oamenii de știință au detectat amprente digitale în cosmos care sunt în concordanță cu această radiație, identificând o listă în continuă creștere a găurilor negre ale universului. Dar acum Mersini-Houghton descrie un scenariu complet nou. Ea și Hawking sunt de acord că, pe măsură ce o stea se prăbușește sub propria gravitație, ea produce radiații Hawking. Cu toate acestea, în noua sa lucrare, Mersini-Houghton arată că, emițând această radiație, steaua aruncă și ea masă. Atât de mult încât, pe măsură ce se micșorează, nu mai are densitatea de a deveni o gaură neagră. Înainte ca o gaură neagră să se poată forma, steaua pe moarte se umflă pentru ultima dată și apoi explodează. O singularitate nu se formează niciodată și nici un orizont de evenimente. Mesajul de acasă despre munca ei este clar: nu există o gaură neagră.

Lucrarea, care a fost trimisă recent la ArXiv, un depozit online de lucrări de fizică care nu este evaluat de către colegi, oferă soluții numerice exacte la această problemă și a fost realizată în colaborare cu Harald Peiffer, expert în relativitate numerică la Universitatea din Toronto. O lucrare anterioară, a lui Mersini-Houghton, trimisă inițial către ArXiv în iunie, a fost publicată în revista Physics Letters B și oferă soluții aproximative la problemă.

Dovezile experimentale pot oferi într-o zi dovezi fizice dacă există sau nu găuri negre în univers. Dar, deocamdată, Mersini-Houghton spune că matematica este concludentă. Mulți fizicieni și astronomi cred că universul nostru provine dintr-o singularitate care a început să se extindă odată cu Big Bang-ul. Cu toate acestea, dacă singularitățile nu există, atunci fizicienii trebuie să își regândească ideile despre Big Bang și dacă s-a întâmplat vreodată.

„Fizicienii au încercat să îmbine aceste două teorii – teoria gravitației cu Einstein și mecanica cuantică – de zeci de ani, dar acest scenariu aduce aceste două teorii împreună, în armonie”, a spus Mersini-Houghton. – Și asta e mare lucru.