Fyzici vytvorili v laboratóriu čiernu dieru: Jej správanie ponúklo indície k riešeniu jednej kozmickej záhady
Pomocou analógu čiernej diery vedci skúmali zvláštne Hawkingovo žiarenie, o ktorom sa diskutuje už od 70. rokov.
Vedcom sa v rámci nového výskumu podarilo vytvoriť v laboratóriu čiernu dieru, ktorá im môže pomôcť spojiť dve, dnes nezlučiteľné vedecké teórie – Všeobecnú teóriu relativity a kvantovú mechaniku.
Ich práca však nie je nič, čo by vás malo vystrašiť. Nejde totiž o skutočnú čiernu dieru, akú môžeme vidieť v jadrách galaxií alebo v hviezdnych sústavách, ale o takzvaný analóg. Pomocou reťazca atómov dokázali fyzici simulovať horizont udalostí čiernej diery, hranicu spoza ktorej nedokáže uniknúť ani najrýchlejšia vec vo vesmíre – svetlo, informuje portál Science Alert.
Pomocou atómového radu vedci dokázali pozorovať ekvivalent Hawkingovho žiarenia – hypotetickej formy radiácie, prostredníctvom ktorej sa čierne diery veľmi pomaly „vyparujú“. Čierne diery ostávajú zatiaľ jednou z najväčších kozmických záhad aj preto, lebo vedci nevedia nájsť spôsob, ako dve vyššie uvedené teórie spojiť. Všeobecná teória relativity popisuje správanie gravitácie na mimoriadne veľkých škálach, zatiaľ čo kvantová mechanika popisuje správanie častíc na mikroskopických škálach.
Spojenie týchto dvoch teórií by viedlo k novej teórii kvantovej gravitácie, ktorá sa vo vedeckých kruhoch prezýva aj teória všetkého. Pomocou nej by fyzici dokázali pochopiť nielen čierne diery, ale aj veľký tresk – počiatok nášho vesmíru.
Čo sa vedcom podarilo zistiť?
Čierne diery sú v tomto smere dôležité objekty. Sú to tie najbizarnejšie a najextrémnejšie objekty, aké možno vo vesmíre nájsť. V ich srdci podľa teórie leží singularita, bod s nekonečnou hustotou a vzhľadom na ich hmotnosť v určitej vzdialenosti od singularity leží temný závoj, ktorý sa nazýva horizont udalostí.
Neprehliadnite
Horizont udalostí značí hranicu, spoza ktorej neunikne absolútne nič, ani len svetlo. Aj preto vedci môžu len hádať, čo sa stane s hmotou, ktorá do čiernej diery spadne. V roku 1974 však Stephen Hawking prišiel s teóriou o istej forme radiácie, ktorá sa podobá na termálne žiarenie.
Hawkingovo žiarenie vzniká z narušení kvantových fluktuácií, ktoré spôsobuje horizont udalostí. Ak existuje, je však príliš slabé na to, aby sme ho dokázali zaznamenať. Vedci sa však môžu veľa dozvedieť z takzvaných analógov, teda experimentov, ktoré napodobňujú správanie čiernej diery.
V tomto prípade vedci vytvorili rad atómov, ktorý vytvoril cestu pre elektróny preskakujúce z jednej pozície do ďalšej. Zároveň dokázali určiť s akou ľahkosťou môžu elektróny do ďalšej pozície preskočiť. Týmto spôsobom vytvorili aj falošný horizont udalostí.
Vedci si všimli, že falošný horizont viedol k zvýšeniu teploty, čo súhlasilo s teoretickými modelmi pre rovnakú čiernu dieru. Platilo to však len v prípade, že sa časť reťazca nachádzala za horizontom udalostí.
Experiment ukázal, že Hawkingovo žiarenie môže byť termálne len v určitom spektre situácií a keď sa mení zakrivenie časopriestoru vplyvom gravitácie. Čo tieto výsledky znamenajú pre teóriu kvantovej gravitácie nie je známe. Vedci však vytvorili mimoriadne jednoduchý experiment, ktorý môže v ďalších štúdiách prezradiť ako spolu funguje kvantová mechanika a gravitácia.
Komentáre