💡 Zhrnutie pre tých, ktorí rýchlo scrollujú:
- Vedci vytvorili analóg čiernej diery pomocou laserov a optického vlákna.
- Prvýkrát pozorovali jav, ktorý pripomína „vyparovanie“ čiernej diery.
- Objav naznačuje, že Hawkingovo žiarenie môže vzniknúť jednoduchšie, než sa predpokladalo.
- Výsledky publikoval prestížny magazín Nature.
Predstava, že z čiernej diery neunikne vôbec nič, patrí medzi najznámejšie fakty o vesmíre. Je to však len časť pravdy. Už v roku 1974 totiž fyzik Stephen Hawking navrhol, že čierne diery by mali veľmi pomaly strácať energiu vo forme takzvaného Hawkingovho žiarenia, píše portál ScienceAlert.
Tento jav sa zatiaľ nikdy nepodarilo priamo pozorovať vo vesmíre. Nový výskum publikovaný v magazíne Nature však ukazuje, že vedci sa k odpovedi dostali inou cestou - vytvorili laboratórny model čiernej diery zo svetla.
Čierna diera, ktorá vznikla v optickom vlákne
Medzinárodný tím vedený Lorenzom Procopiom z Univerzity v Paderborne v Nemecku nepracoval s gravitačným monštrom vo vesmíre. Namiesto toho využil ultrarýchle laserové impulzy prechádzajúce špeciálne navrhnutým optickým vláknom.
Jeden laserový impulz dočasne zmenil vlastnosti vlákna tak, že pre druhý impulz vznikla hranica pripomínajúca horizont udalostí čiernej diery. Práve za touto hranicou už vo vesmíre nedokáže uniknúť ani svetlo.
Podobné experimenty už v minulosti napodobnili Hawkingovo žiarenie. Tentoraz však vedci hľadali niečo oveľa jemnejšie - stopu po tom, ako systém pri vzniku žiarenia prichádza o energiu.
Ako sa môže čierna diera „vyparovať“?
Podľa Hawkingovej teórie kvantové javy v okolí horizontu udalostí spôsobujú vznik tepelného žiarenia. To znamená, že čierna diera postupne odovzdáva energiu svojmu okoliu. Extrémne pomaly sa tak môže zmenšovať, až sa po obrovskom čase úplne vyparí.
Problém je, že toto žiarenie je neuveriteľne slabé. Vedci očakávajú, že pri skutočných čiernych dierach je takmer nemožné odlíšiť ho od ostatného žiarenia vo vesmíre. Práve preto vznikajú laboratórne analógy, ktoré sa správajú podľa rovnakých fyzikálnych pravidiel.
Pomohli si príkladom s kolieskovými korčuľami
Na vysvetlenie javu vedci používajú jednoduchú predstavu. Predstav si dvoch ľudí na kolieskových korčuliach. Ak jedného odstrčíš dopredu, sám sa pohneš opačným smerom. Každá akcia má svoju reakciu.
Podobne funguje aj takzvaná spätná reakcia. Ak Hawkingovo žiarenie odnesie časť energie, samotná čierna diera musí o rovnaké množstvo energie prísť. Výskumníci preto nehľadali samotné žiarenie, ale drobnú zmenu v laserovom impulze, ktorý ho vytvoril. A práve tú sa im podarilo zachytiť.
Výsledok prekvapil aj samotných fyzikov
Doteraz sa predpokladalo, že Hawkingovo žiarenie v podobných experimentoch vzniká cez zložitý sled optických procesov. Nové merania však naznačujú, že celý mechanizmus môže byť oveľa jednoduchší. „To zjednodušuje teoretické chápanie a otvára nové možnosti výpočtu efektov v podobných systémoch. Môže to dokonca objasniť, ako vzniká Hawkingovo žiarenie v gravitácii,“ povedal Lorenzo Procopio.
Autori štúdie dodávajú: „Náš experiment a teória ukazujú, že Hawkingovo žiarenie je výsledkom priameho procesu. Možno aj skutočné čierne diery žiaria podobne jednoduchým spôsobom. Takáto spätná reakcia by mohla podrobne vysvetliť, ako sa čierne diery vyparujú.“
Mohlo by to vyriešiť jednu z najväčších záhad fyziky
Skutočné čierne diery budú zrejme ešte veľmi dlho mimo dosahu podobných meraní. Ak sa však rovnaký mechanizmus podarí potvrdiť aj v ďalších laboratórnych modeloch, pôjde o silný dôkaz, že vedci odhalili niečo skutočne základné o Hawkingovom žiarení.
To by mohlo pomôcť aj pri riešení slávneho informačného paradoxu - otázky, čo sa stane s informáciami, ktoré čierna diera pohltí. Je to problém, ktorému sa Stephen Hawking venoval až do svojej poslednej vedeckej práce v roku 2018.
