Fyzikové v laboratoři simulovali černou díru. Pak začala zářit

Analog černé díry by nám mohl napovědět něco o nepolapitelném záření, které teoreticky vyzařuje skutečná černá díra. Tým fyziků v roce 2022 pozoroval pomocí řetězce atomů uspořádaných do jednoho souboru, který simuluje horizont událostí černé díry, ekvivalent toho, čemu říkáme Hawkingovo záření. Částice vznikající v důsledku poruch kvantových fluktuací způsobených zlomem časoprostoru černé díry.

To by podle nich mohlo pomoci vyřešit napětí mezi dvěma v současnosti neslučitelnými systémy popisu vesmíru: obecnou teorií relativity, která popisuje chování gravitace jako spojitého pole známého jako prostoročas, a kvantovou mechanikou, která popisuje chování diskrétních částic pomocí matematiky pravděpodobnosti.

Aby bylo možné vytvořit jednotnou teorii kvantové gravitace, která by byla univerzálně použitelná, musí tyto dvě neslučitelné teorie najít způsob, jak spolu nějak vycházet.

Zde přicházejí ke slovu černé díry. Pravděpodobně nejpodivnější a nejextrémnější objekty ve vesmíru. Tyto masivní objekty jsou tak neuvěřitelně husté, že do určité vzdálenosti od centra hmotnosti černé díry není žádná rychlost ve vesmíru dostatečná pro únik. Dokonce ani rychlost světla.

Tato vzdálenost, která se mění v závislosti na hmotnosti černé díry, se nazývá horizont událostí. Jakmile objekt překročí jeho hranici, můžeme si jen představovat, co se stane, protože se nic nevrací s důležitými informacemi o jeho osudu. V roce 1974 však Stephen Hawking navrhl, že přerušení kvantových fluktuací způsobené horizontem událostí má za následek typ záření velmi podobný tepelnému záření.

Pokud toto Hawkingovo záření existuje, je zatím příliš slabé na to, abychom ho mohli detekovat. Je možné, že ho ze statického vesmíru nikdy nevysajeme. Můžeme však zkoumat jeho vlastnosti vytvářením analogů černých děr v laboratorních podmínkách.

To už bylo provedeno dříve, ale v listopadu 2022 se tým pod vedením Lotte Mertensové z Amsterodamské univerzity v Nizozemsku pokusil o něco nového.

Jednorozměrný řetězec atomů sloužil jako cesta pro elektrony, které „přeskakovaly“ z jedné pozice na druhou. Vyladěním snadnosti, s jakou k tomuto přeskakování může docházet, mohli fyzici způsobit, že některé vlastnosti zmizely, čímž efektivně vytvořili jakýsi horizont událostí, který zasahoval do vlnové povahy elektronů.

Vliv tohoto falešného horizontu událostí způsobil nárůst teploty, který odpovídal teoretickým očekáváním ekvivalentního systému černých děr, uvedl tým, ale pouze tehdy, když část řetězce přesahovala horizont událostí.

To by mohlo znamenat, že provázanost částic, které se rozprostírají za horizontem událostí, má zásadní vliv na generování Hawkingova záření.

Simulované Hawkingovo záření bylo tepelné pouze pro určitý rozsah amplitud hopu a v rámci simulací, které začínaly napodobením druhu prostoročasu považovaného za „plochý“. To naznačuje, že Hawkingovo záření může být tepelné pouze v určitém rozsahu situací a tehdy, když dochází ke změně deformace časoprostoru v důsledku gravitace.

Není jasné, co to znamená pro kvantovou gravitaci, ale model nabízí způsob, jak studovat vznik Hawkingova záření v prostředí, které není ovlivněno divokou dynamikou vzniku černé díry. A protože je tak jednoduchý, může být použit v široké škále experimentálních uspořádání, uvedli vědci. „To může otevřít prostor pro zkoumání základních kvantově-mechanických aspektů spolu s gravitací a zakřivenými prostoročasy v různých prostředích kondenzované hmoty,“ napsali vědci.

Autor: Lukáš Drahozal

Zdroj: journals.aps.org, unilad.com