Vědci na St. Andrews University ve Skotsku tvrdí, že našli způsob, jak simulovat horizont událostí černé díry - ne prostřednictvím nové techniky kosmického pozorování a ne pomocí vysoce výkonného superpočítače…, ale v laboratoři. Použitím laserů, délky optického vlákna a v závislosti na nějaké bizarní kvantové mechanice může být vytvořena „singularita“, která změní vlnovou délku laseru a syntetizuje účinky horizontu událostí. Pokud tento experiment může přinést horizont událostí, lze otestovat teoretický fenomén Hawkingova záření, což možná dává Stephenu Hawkingovi nejlepší šanci na výhru Nobelovy ceny.
Jak tedy vytvoříte černou díru? Ve vesmíru jsou černé díry vytvářeny zhroucením hmotných hvězd. Hmotnost hvězdy se zhroutí dolů do jediného bodu (poté, co dojde palivo a podstoupí supernovu) kvůli masivním gravitačním silám působícím na tělo. Pokud by hvězda překročila určitou „mezní“ hmotnost (tj Chandrasekharův limit - maximum, při kterém hmota hvězdy nemůže podepřít její strukturu proti gravitaci), zhroutí se do diskrétního bodu (singularity). Časoprostor bude tak pokřivený, že veškerá místní energie (záležitost a záření) spadne do singularity. Vzdálenost od singularity u kterého dokonce světlo nemůže uniknout gravitačnímu tahu je známý jako horizont události. Srážky částic s vysokou energií způsobené kosmickými paprsky, které mají dopad na horní atmosféru, by mohly vést k mikro-černým otvorům (MBH). Velký Hadron Collider (v CERNu, poblíž Ženevy, Švýcarsko) může být také schopen produkovat kolize dostatečně energické k vytvoření MBH. Je zajímavé, že pokud LHC dokáže produkovat MBH, může být prokázána teorie „Hawkingového záření“ Stephena Hawkinga, pokud by se vytvořené MBH vytvořily téměř okamžitě.
Hawking předpovídá, že černé díry vyzařují záření. Tato teorie je paradoxní, protože žádnému záření nemůže uniknout horizont událostí černé díry. Hawking však teoretizuje, že kvůli otřesům v kvantové dynamice, černé díry umět produkují záření.
Jednoduše řečeno, vesmír umožňuje vytváření částic ve vakuu, „vypůjčení“ energie z jejich okolí. Aby se zachovala energetická rovnováha, částice a její antičástice mohou žít jen krátkou dobu a velmi rychle vracejí vypůjčenou energii tím, že se navzájem ničí. Dokud se objeví a odejdou v kvantové lhůtě, považují se za „virtuální částice“. Vytvoření k zničení má nulovou čistou energii.
Situace se však změní, pokud je tento pár částic generován na nebo v blízkosti horizontu události černé díry. Pokud jeden z virtuálních párů spadne do černé díry a jeho partner je vypuzen z horizontu události, nemůže zničit. Obě virtuální částice se stanou „skutečnými“, což umožní unikající částici odvádět energii a hmotu pryč od černé díry (zachycená částice může být považována za negativní hmotu, čímž se sníží hmotnost černé díry). Takto Hawkingovo záření předpovídá „odpařování“ černých děr, protože hmota se ztrácí na tomto kvantovém hádce v horizontu událostí. Hawking předpovídá, že černé díry se budou postupně odpařovat a mizí, plus tento efekt bude nejvýznamnější u malých černých děr a MBH.
Takže… zpět do naší laboratoře St. Andrews…
Prof Ulf Leonhardt doufá, že vytvoří podmínky horizontu událostí černé díry pomocí laserových pulzů, případně vytvoří první přímý experiment k testování Hawkingova záření. Leonhardt je odborník na „kvantové katastrofy“, v okamžiku, kdy se vlnová fyzika rozpadne a vytvoří jedinečnost. Na nedávném setkání „Cosmology Meets Condensed Matter“ v Londýně oznámil tým Leonhardta svou metodu simulace jedné z klíčových složek prostředí horizontu událostí.
Světlo prochází materiály různými rychlostmi v závislosti na vlnových vlastnostech. Skupina St. Andrews používá dva laserové paprsky, jeden pomalý, druhý rychle. Nejprve je z optického vlákna vystřelen pomalý šířící se impuls, následovaný rychlejším impulsem. Rychlejší puls by měl „dohnat“ pomalejším pulzem. Nicméně, jak pomalý puls prochází médiem, mění optické vlastnosti vlákna, což způsobuje, že rychlý puls se zpomaluje. To je to, co se stane se světlem, když se snaží uniknout z horizontu události - zpomaluje se natolik, že se „zachytí“.
“Teoretickými výpočty ukazujeme, že takový systém je schopen zkoumat kvantové účinky horizontů, zejména Hawkingova záření. “ - Z připravovaného příspěvku skupiny St. Andrews.
Účinky, které mají dva laserové impulsy na sebe, aby napodobovaly fyziku v horizontu událostí, zní zvláštně, ale tato nová studie nám může pomoci pochopit, zda jsou MBH generovány v LHC a mohou tlačit Stephena Hawkinga trochu blíže k zasloužené Nobelově ceně.
Zdroj: Telegraph.co.uk
