V laboratóriu napodobnili čiernu dieru. Stalo sa niečo zvláštne

Vedci vytvorili v laboratóriu analógiu čiernej diery a prvýkrát pozorovali proces pripomínajúci jej „vyparovanie“. Výsledok môže pomôcť vysvetliť jednu z najväčších záhad modernej fyziky – ako čierne diery strácajú energiu bez toho, aby ich bolo možné priamo pozorovať.

Čierne diery patria medzi najtajomnejšie objekty vo vesmíre. Ich gravitácia je taká silná, že za hranicou nazývanou horizont udalostí neunikne ani svetlo. Už v roku 1974 však britský fyzik Stephen Hawking prišiel s odvážnou myšlienkou – čierne diery by napriek tomu mali veľmi pomaly vyžarovať energiu. Tento jav dnes poznáme ako Hawkingovo žiarenie.

Problém je, že skutočné Hawkingovo žiarenie je také slabé, že ho dnešné teleskopy nedokážu zachytiť. Fyzici preto vytvárajú laboratórne analógie čiernych dier, v ktorých sa dajú skúmať rovnaké fyzikálne princípy bez potreby pozorovať skutočný objekt vo vesmíre.

Ako funguje Hawkingovo žiarenie a prečo laboratórne analógie čiernych dier pomáhajú fyzikom skúmať javy, ktoré vo vesmíre zatiaľ nedokážeme priamo pozorovať? Toto video vysvetľuje celý princíp zrozumiteľne aj pre laikov:

Najnovší experiment tímu vedeného Lorenzom Procopiom z Univerzity v Paderborne využil ultrakrátke laserové impulzy prechádzajúce špeciálne upraveným optickým vláknom. Jeden impulz vytvoril prostredie pripomínajúce horizont udalostí, zatiaľ čo druhý umožnil sledovať, ako sa v systéme prenáša energia.

Vedci pritom prvýkrát zaznamenali jav označovaný ako spätná reakcia (backreaction). Ide o efekt, pri ktorom analóg čiernej diery odovzdáva časť svojej energie žiareniu, podobne ako predpovedá Hawkingova teória pre skutočné čierne diery. Práve tento mechanizmus bol desaťročia jednou z najväčších otvorených otázok teoretickej fyziky.

Ešte väčším prekvapením bolo, že celý proces sa ukázal byť jednoduchší, než sa predpokladalo. Doteraz sa fyzici domnievali, že vznik Hawkingovho žiarenia vyžaduje zložitú sériu optických interakcií. Nové výsledky naznačujú, že môže ísť o jediný priamy proces, ktorý zároveň vysvetľuje aj stratu energie systému.

To samozrejme neznamená, že vedci vytvorili skutočnú čiernu dieru. Experiment predstavuje iba fyzikálnu analógiu, ktorá napodobňuje správanie horizontu udalostí. Ak sa rovnaký mechanizmus potvrdí aj v ďalších laboratórnych modeloch, môže výrazne priblížiť odpoveď na otázku, ako čierne diery skutočne „vyparujú“ svoju hmotnosť a či práve v tomto procese neleží riešenie slávneho informačného paradoxu Stephena Hawkinga. Výsledky boli publikované v prestížnom časopise Nature.