Η ημέρα που ο Φάινμαν επεξεργάστηκε την ακτινοβολία μαύρης τρύπας στον πίνακα μου
Η εκπληκτική εικόνα μιας μαύρης τρύπας που αποκαλύφθηκε την Τετάρτη, μαζί με δεδομένα από το τηλεσκόπιο Event Horizon, μπορεί να μην τεκμηριώνουν τη διάσημη θεωρία του Stephen Hawking ότι η ακτινοβολία, ένα παράδειγμα αυθόρμητης εκπομπής σε κβαντικό επίπεδο, εκπέμπεται από μια μαύρη τρύπα. Αλλά η είδηση μας θύμισε μια ιστορία που είπε ο φυσικός και συγγραφέας Άλαν Λάιτμαν Nautilus:Ο Richard Feynman είχε την ιδέα για αυθόρμητη εκπομπή πριν από τον Hawking. Εδώ είναι ο Lightman με τα δικά του λόγια:
Μια μέρα στο μεσημεριανό γεύμα στην καφετέρια του Caltech, ήμουν με δύο μεταπτυχιακούς φοιτητές, τον Bill Press και τον Saul Teukolsky και τον Feynman. Ο Μπιλ και ο Σολ μιλούσαν για έναν υπολογισμό που μόλις είχαν κάνει. Ήταν ένας θεωρητικός υπολογισμός, καθαρά μαθηματικός, όπου εξέτασαν τι συμβαίνει αν ρίξεις φως σε μια περιστρεφόμενη μαύρη τρύπα. Εάν το λάμπετε με τη σωστή γωνία, το φως θα αναπηδήσει από τη μαύρη τρύπα με περισσότερη ενέργεια από αυτή που εισήλθε. Το κλασικό ανάλογο είναι μια σβούρα. Εάν ρίξετε ένα μάρμαρο στην κορυφή με τη σωστή γωνία, το μάρμαρο θα αναπηδήσει από την κορυφή με μεγαλύτερη ταχύτητα από ό, τι ήρθε. Η κορυφή επιβραδύνεται και η ενέργεια, η αυξημένη ενέργεια του μαρμάρου, προέρχεται από το γύρισμα της κορυφής. Καθώς ο Bill και ο Saul μιλούσαν, ο Feynman άκουγε.
Σηκωθήκαμε από το τραπέζι και αρχίσαμε να περπατάμε πίσω στην πανεπιστημιούπολη. Ο Φάινμαν είπε, «Ξέρεις αυτή τη διαδικασία που περιέγραψες; Ακούγεται πολύ σαν διεγερμένη εκπομπή». Αυτή είναι μια κβαντική διαδικασία στην ατομική φυσική όπου έχετε ένα ηλεκτρόνιο σε τροχιά γύρω από ένα άτομο και ένα σωματίδιο φωτός, ένα φωτόνιο, έρχεται. Τα δύο σωματίδια εκπέμπονται και το ηλεκτρόνιο πηγαίνει σε μια χαμηλότερη ενεργειακή κατάσταση, έτσι το φως ενισχύεται από το ηλεκτρόνιο . Το ηλεκτρόνιο μειώνει την ενέργεια και δίνει αυτή την επιπλέον ενέργεια για να στείλει δύο φωτόνια. Ο Feynman είπε, «Αυτό που μόλις περιέγραψες ακούγεται σαν διεγερμένη εκπομπή. Σύμφωνα με τον Αϊνστάιν, υπάρχει μια πολύ γνωστή σχέση μεταξύ της διεγερμένης εκπομπής και της αυθόρμητης εκπομπής.»
Η αυθόρμητη εκπομπή είναι όταν έχετε ένα ηλεκτρόνιο σε τροχιά γύρω από ένα άτομο και εκπέμπει ένα φωτόνιο μόνο του, χωρίς να μπαίνει φως, και πηγαίνει σε κατάσταση χαμηλότερης ενέργειας. Ο Αϊνστάιν είχε επεξεργαστεί αυτή τη σχέση μεταξύ διεγερμένης και αυθόρμητης εκπομπής. Όποτε έχεις το ένα, έχεις και το άλλο, σε ατομικό επίπεδο. Αυτό είναι πολύ γνωστό στους μεταπτυχιακούς φοιτητές της φυσικής. Ο Φάινμαν είπε ότι αυτό που περιέγραφαν ο Μπιλ και ο Σαούλ έμοιαζε με προσομοίωση εκπομπής και επομένως θα έπρεπε να υπάρχει μια διαδικασία αυθόρμητης εκπομπής ανάλογη με αυτήν.
Περιπλανηθήκαμε στην πανεπιστημιούπολη. Καταλήξαμε στο γραφείο μου, ένα μικρό δωμάτιο, ο Μπιλ, ο Σολ, εγώ και ο Φάινμαν. Ο Φάινμαν πήγε στον μαυροπίνακα και άρχισε να επεξεργάζεται τις εξισώσεις για την αυθόρμητη εκπομπή από τις μαύρες τρύπες. Μέχρι αυτό το σημείο της ιστορίας, πίστευαν ότι όλες οι μαύρες τρύπες ήταν εντελώς μαύρες, ότι μια μαύρη τρύπα δεν θα μπορούσε ποτέ να εκπέμψει από μόνη της οποιοδήποτε είδος ενέργειας. Αλλά ο Feynman είχε υποθέσει, αφού άκουσε τον Bill και τον Saul να μιλάνε στο μεσημεριανό γεύμα, ότι εάν μια περιστρεφόμενη μαύρη τρύπα μπορεί να εκπέμπει με το φως που εισέρχεται, μπορεί επίσης να εκπέμπει ενέργεια χωρίς να εισέρχεται τίποτα, αν λάβετε υπόψη την κβαντική μηχανική.
Μετά από λίγα λεπτά, ο Φάινμαν είχε επεξεργαστεί τη διαδικασία της αυθόρμητης εκπομπής, για την οποία έγινε διάσημος ο Στίβεν Χόκινγκ ένα χρόνο αργότερα. Ο Φάινμαν τα είχε όλα στον μαυροπίνακα μου. Δεν τον ενδιέφερε να αντιγράψει αυτά που είχε γράψει. Ήθελε απλώς να μάθει πώς λειτουργούσε η φύση και μόλις είχε μάθει ότι οι μεμονωμένες μαύρες τρύπες είναι ικανές να εκπέμπουν ενέργεια όταν λαμβάνετε υπόψη τα κβαντικά φαινόμενα. Αφού ολοκλήρωσε τη δουλειά του, έπλεξε τα χέρια του για να φύγει η σκόνη κιμωλίας από πάνω τους και βγήκε από το γραφείο.
Αφού έφυγε ο Φάινμαν, ο Μπιλ και ο Σολ κι εγώ κοιτούσαμε τον πίνακα. Σκεφτήκαμε ότι ήταν πιθανότατα σημαντικό, χωρίς να ξέρουμε πόσο σημαντικό. Ο Μπιλ και ο Σολ έπρεπε να πάνε σε κάποιο ραντεβού και έτσι έφυγαν από το γραφείο. Λίγο αργότερα έφυγα. Αλλά εκείνο το βράδυ συνειδητοποίησα ότι αυτό ήταν ένα σημαντικό πράγμα που είχε κάνει ο Φάινμαν και έπρεπε να επιστρέψω βιαστικά στο γραφείο μου και να αντιγράψω τις εξισώσεις. Αλλά όταν επέστρεψα στο γραφείο μου το πρωί, η καθαρίστρια είχε σκουπίσει τον πίνακα.
ΠΡΟΣΟΧΗ:Γιατί οι μαύρες τρύπες γοητεύουν το κοινό.
