V roce 1974 udělal Stephen Hawking jednu ze svých nejslavnějších předpovědí: černé díry se nakonec úplně vypařily.
Podle Hawkingovy teorie nejsou černé díry dokonale „černé“, ale naopak emitují částice. Hawking věřil, že toto záření může nakonec sifonovat dostatek energie a hmoty od černých děr, aby je zmizely. Teorie je obecně považována za pravdivou, ale kdysi byla považována za téměř nemožnou prokázat.
Fyzici však poprvé ukázali toto nepolapitelné Hawkingovo záření - alespoň v laboratoři. Ačkoli Hawkingovo záření je příliš slabé na to, aby bylo detekováno ve vesmíru našimi současnými nástroji, fyzikové nyní toto záření viděli v analogu černé díry vytvořeném pomocí zvukových vln a některé z nejchladnějších, nejpodivnějších látek ve vesmíru.
Dvojice částic
Černé díry vyvíjejí tak neuvěřitelně silnou gravitační sílu, že ani foton, který cestuje rychlostí světla, nemohl uniknout. Zatímco vakuum vesmíru je obecně považováno za prázdné, nejistota kvantové mechaniky diktuje, že vakuum se místo toho hemží virtuálními částicemi, které flitují dovnitř a ven z existence ve dvojicích látek antihmota. (Částice antihmoty mají stejnou hmotnost jako jejich protějšky hmoty, ale opačný elektrický náboj.)
Normálně se poté, co se objeví pár virtuálních částic, okamžitě navzájem ničí. Kromě černé díry však extrémní gravitační síly místo toho částice odtáhnou, přičemž jedna částice je absorbována černou dírou, zatímco druhá střílí do vesmíru. Absorbovaná částice má negativní energii, která snižuje energii a hmotnost černé díry. Dostatek polykat těchto virtuálních částic a černá díra se nakonec vypaří. Unikající částice je známá jako Hawkingovo záření.
Toto záření je natolik slabé, že je nyní nemožné jej pozorovat ve vesmíru, ale fyzikové vymysleli velmi kreativní způsoby, jak jej měřit v laboratoři.
Horizont událostí vodopádu
Fyzik Jeff Steinhauer a jeho kolegové z Technion - Israel Institute of Technology v Haifě použili extrémně studený plyn zvaný Bose-Einsteinův kondenzát k modelování horizontu událostí černé díry, neviditelné hranice, za níž nemůže nic uniknout. V proudícím proudu tohoto plynu umístili útes a vytvořili „vodopád“ plynu; když plyn proudil přes vodopád, proměnil dostatečnou potenciální energii na kinetickou energii, aby tekla rychleji než rychlost zvuku.
Místo částic hmoty a antihmoty vědci v proudu plynu použili páry fononů nebo kvantové zvukové vlny. Fonon na pomalé straně se mohl pohybovat proti proudu plynu, pryč od vodopádu, zatímco fonon na rychlé straně nemohl, uvězněný „černou dírou“ nadzvukového plynu.
„Je to, jako byste se snažili plavat proti proudu, který šel rychleji, než byste mohli plavat,“ řekl Steinhauer Live Science. "Cítil by ses, jako bys šel kupředu, ale opravdu jsi se vrátil. A to je analogické s fotonem v černé díře, který se pokouší dostat z černé díry, ale byl tažen gravitací špatným způsobem."
Hawking předpověděl, že záření emitovaných částic bude v nepřetržitém spektru vlnových délek a energií. Řekl také, že to lze popsat jedinou teplotou, která závisí pouze na hmotnosti černé díry. Nedávný experiment potvrdil obě tyto předpovědi ve zvukové černé díře.
"Tyto experimenty jsou na turné," řekl Renaud Parentani, teoretický fyzik na Laboratoire de Physique Théorique na univerzitě Paris-Sud, Live Science. Parentani také studuje analogové černé díry, ale z teoretického úhlu; nebyl zapojen do nové studie. "Je to velmi přesný experiment. Z experimentálního hlediska je Jeff v tuto chvíli skutečně předním světovým odborníkem na použití studených atomů k testování fyziky černých děr."
Parentani však zdůraznil, že tato studie je „jedním krokem dlouhého procesu“. Tato studie zejména neprokázala korelaci párů fononů na kvantové úrovni, což je další důležitý aspekt Hawkingových předpovědí.
"Příběh bude pokračovat," řekl Parentani. "Není to konec."
