Conas a úsáideann réaltfhisiceoir Codex chun cabhrú le poill dhubha a ionsamhlú

Tá an domhantarraingt timpeall ar pholl dubh chomh láidir sin nach féidir le rud ar bith, fiú solas, éalú uaidh nuair a thagann sé gar go leor dó. Úsáideann réaltfhisiceoirí ar nós Chi-kwan Chan ionsamhlúcháin ríomhaire agus breathnuithe chun staidéar a dhéanamh ar phoill dhubha. Ach cuireann na halgartaim agus an chumhacht ríomhaireachta atá ar fáil faoi láthair teorainn le cé chomh réalaíoch is féidir leis na hionsamhlúcháin sin a bheith.

Le cabhair ó Codex, tá Chan — taighdeoir in Ollscoil Arizona agus i Réadlann Steward — ag dul i ngleic leis an bhfadhb seo.

Tá poill dhubha ar na háiteanna is fearr chun teoiric ghinearálta na coibhneasachta Einstein a thástáil, a dúirt sé. Is í an teoiric sin an míniú is fearr atá againn ar an domhantarraingt faoi láthair: seachas fórsa a tharraingíonn réada le chéile, is toradh í an domhantarraingt ar mhais agus ar fhuinneamh a lúbann struchtúr an spáis agus an ama.

Tá Chan páirteach i gcomhfhiontar idirnáisiúnta Theileascóp na Léaslíne Imeachta (EHT), a d'fhoilsigh an chéad íomhá de pholl dubh in 2019. Tá an fhoireann ag bailiú breathnuithe faoi láthair chun an chéad fhíseán de pholl dubh ollmhaise a chruthú, agus iad ag díriú ar an gceann i lár réaltra M87. 

Ach chun tuiscint eolaíoch a bhaint as na breathnuithe, teastaíonn próiseáil ollmhór sonraí, sreafaí oibre ríomhaireachta ar mhórscála, agus ionsamhlúcháin atá in ann cuid de na feiniméin fhisiceacha is foircní sa chruinne a shamhaltú.

Ós rud é nach féidir le solas éalú as poll dubh, déanann eolaithe staidéar ina ionad sin ar an réigiún timpeall air ar a dtugtar an léaslíne imeachta, teorainn nach féidir le hábhar éalú aisti nuair a théann sé thar bráid. “Is dromchla é nach féidir filleadh uaidh,” a dúirt Chan. Astaíonn an t-ábhar atá ag guairneáil díreach lasmuigh den teorainn seo solas ar féidir le réaltfhisiceoirí é a fheiceáil, a thomhas agus a ionsamhlú. 

Léirigh an íomhá a d'eisigh EHT in 2019 scáth poill dhuibh agus é suite i bplasma lonrach gar don léaslíne imeachta. Chabhraigh Chan leis na huirlisí ionsamhlúcháin agus ríomhaireachta a fhorbairt a d'úsáid an fhoireann chun ciall a bhaint as na breathnuithe. Ó shin i leith, tá Chan agus a chomhghleacaithe ag feabhsú a gcuid ionstraimí agus a gcumais bhreathnóireachta i gcónaí, agus an fhoireann ag bogadh ó íomhánna socra go físeáin.

Ag dul i ngleic le fadhb na bíse

Ceann de na constaicí is mó atá roimh Chan agus a fhoireann ná an plasma timpeall ar phoill dhubha a shamhaltú. Is ábhar for-théite é plasma atá comhdhéanta de leictreoin agus d'iain a bhfuil lucht leictreach orthu.

I mórán ionsamhlúchán, déanann eolaithe an plasma a shimpliú trí chaitheamh leis mar shreabhán, agus cothromóidí aitheanta a úsáid chun a ghluaiseacht timpeall ar pholl dubh a shamhaltú. Oibríonn sé sin réasúnta maith i bplasma níos dlúithe, áit a mbíonn na leictreoin agus na hiain ag imbhualadh lena chéile de shíor. 

Ach gar do na poill dhubha ollmhaise atá á staidéar ag Chan agus a chomhghleacaithe, éiríonn an plasma i réigiúin áirithe chomh te agus chomh tanaí sin gur annamh a thagann cáithníní i dteagmháil lena chéile. “Ní bhíonn siad ag imbhualadh lena chéile i ndáiríre,” a dúirt sé. Ina ionad sin, is ag gluaiseacht i mbíseanna timpeall ar línte an réimse mhaighnéadaigh a bhíonn na cáithníní den chuid is mó. 

Chun an t-iompar sin a shamhaltú i gceart, ní mór do thaighdeoirí na trilliúin leictreon agus ian a rianú agus iad ag gluaiseacht go tapa i mbíseanna timpeall ar pholl dubh. Ní mór do ghnáth-ionsamhlúcháin gach casadh beag a ríomh, rud a fhágann go gcaithfidh ríomhairí céimeanna ama fíorbheaga a úsáid.

Dá bharr sin, is féidir fiú leis na sárríomhairí is tapúla ar domhan an chuid is mó dá gcuid ama a chaitheamh ag ríomh na ngluaiseachtaí fíorbheaga seo de chuid na gcáithníní, seachas ag ionsamhlú an iompair ar scála níos mó ar mian le heolaithe staidéar a dhéanamh air i ndáiríre.

“Le blianta fada anuas, chuir sé seo teorainn le cé chomh réalaíoch is féidir linn plasma poll dubh a ionsamhlú,” a dúirt Chan.

Leathchúpla digiteach níos fearr a thógáil le IS

Bhí Chan den tuairim go bhféadfadh teicnící nua matamaitice cabhrú le cuid de na srianta seo a shárú. Ba é an bunsmaoineamh ná athrú matamaiticiúil a dhéanamh ar an dóigh a rianaigh an t-ionsamhlú gluaiseacht na gcáithníní, ionas nach mbeadh ar an ríomhaire gach bís bheag a leanúint go díreach a thuilleadh.

“Ach thógfadh sé an-chuid ama na féidearthachtaí matamaiticiúla ar fad a fhiosrú de láimh,” a dúirt Chan. Mar sin d'iarr sé cabhair ar Codex chun algartaim fhéideartha a dhíorthú agus iad a thástáil i gcoinne réitigh a bhí ar eolas cheana féin.

Ghin Codex go leor cur chuige féideartha — ach ní raibh siad ar fad ceart. “Ach níl aon dochar ann sin,” a dúirt Chan. “Teipeann ar fhormhór na smaointe eolaíocha. Is é an rud is tábhachtaí ná gur féidir na halgartaim seo a thástáil. Nuair a aimsíonn tú ceann a oibríonn, d'fhéadfadh sé ionsamhlúcháin a bhí dodhéanta roimhe sin a chur ar do chumas.” 

Is féidir le córais áirithe IS torthaí a thabhairt gan na céimeanna a ghlac siad chun teacht ar a gconclúidí a léiriú. Ach úsáideann grúpa Chan Codex chun scéimeanna uimhriúla a mholadh agus a chur i bhfeidhm ar féidir leo iad a scrúdú, a thástáil agus a thuiscint ó thaobh na fisice de.

Déanann samhlacha móra teanga botúin fós, agus tá go leor eolaithe aireach i gcónaí faoi IS a úsáid sa taighde. Ach creideann Chan go bhféadfadh an eolaíocht a bheith ar cheann de na húsáidí is fearr do chórais IS an lae inniu, go díreach toisc gur féidir smaointe eolaíocha a thástáil go dian.

“Ní ghlacaimid le smaoineamh de bharr gur tháinig sé ó Einstein, ó mhac léinn éirimiúil, nó ó shamhail IS,” a dúirt sé. “Ní ghlacaimid leis go dtí go bhfuil sé tástáilte arís agus arís eile.”

Dar le Chan, is uirlis í IS a chabhróidh le taighdeoirí tuilleadh smaointe a fhiosrú, iad a thástáil níos tapúla agus dlús a chur le fionnachtana, agus fíorú agus in-atáirgtheacht fós mar bhunchloch ag an obair.

Má éiríonn leis na cuir chuige atá á dtástáil ag Chan le Codex, d'fhéadfadh na halgartaim nua cur ar chumas eolaithe na trilliúin cáithnín timpeall ar phoill dhubha a ionsamhlú amach anseo. Chuirfeadh sé sin ar chumas taighdeoirí staidéar a dhéanamh ar fheiniméin fhisiceacha a bhí thar a gcumas a iniúchadh le blianta fada anuas.