Izraelští vědci vytvořili v laboratoři černou díru! A pozorovali na ní Hawkingovo záření...

Černá díra s kvasarem Zdroj: NASA

Vědci na umělé černé díře pozorovali Hawkingovo záření.

I když to zní děsivě, v minulých týdnech vědci v Izraeli vytvořili umělou černou díru. Nejednalo se však o gravitační singularitu, nýbrž o tzv. analog černé díry, na němž lze bez obav simulovat některé paradoxy gravitačních černých děr a otázky kosmologie či kvantové fyziky. Nejpodstatnější skutečností je, že tým výzkumníků na svém analogu černé díry údajně pozoroval záření, které před 42 lety předpověděl Stephen Hawking.

Černá díra z bazaru

"Běžná", tzv. astrofyzikální černá díra vzniká zhroucením obrovské masy hmoty umírající hvězdy sama do sebe – výsledkem je tmavý bod prostoru, který k sobě vtahuje jakoukoliv hmotu, a dokonce i světlo. Naproti tomu tzv. analogy černých děr, z nichž jeden nedávno vytvořili vědci i v Izraelském technologickém institutu, ve svém jádru neškodně drží něco jiného než hmotu. Dnes umíme vytvořit dva typy takového analogu, přičemž jeden v sobě drží laserový papsek a druhý zvukové vlny.

Akustický analog držící zvukové vlny vzniká díky materiálu, který protéká rychleji, než jaká je lokální rychlost zvuku. Standardně se může jednat o hélium podchlazené skoro na absolutní nulu – zvukové vlny jsou tak uzavřené v jeho nitru a vzniká informační paradox (o něm víc níže). Podobně je tomu v případě laserového analogu. Při tom je do optického vlákna vyslán jeden světelný signál následovaný krátce poté signálem druhým, avšak o vyšší vlnové délce. Druhý signál by se tak vláknem měl pohybovat rychleji, je však vlivem změny indexu lomu vlivem prvního paprsku zpomalen a "uvězněn" za svým pomalým předchůdcem. Výsledkem je opět paradox.

Zní to komplikovaně, vždy však dochází na podobný princip jako v astrofyzikálních černých dírách – nějaký typ informace je uvězněn bez možnosti přirozené šance na únik. Analogy vlastně nejsou nic tak experimentálního – přirozeně by akustické černé díry mohly vznikat na denní bázi třeba v bizarních atmosférách cizích planet, světelné pak klidně i na Zemi při komunikaci v optických vláknech. Analogy mají samozřejmě celou řadu omezení, jedná se ostatně jenom o nápodoby pravé věci, jakési "černé díry z bazaru". Například Hawkingův informační paradox černých děr lze na nich testovat poměrně přesvědčivě.

Kam se ztrácejí informace

Laboratorně se analog černé díry podařilo poprvé vytvořit teprve před osmi lety právě s nadějí, že na nich bude možné nasimulovat Hawkingův nejslavnější nápad související s černými dírami. Přitom tzv. informační paradox je teze, která Hawkinga před čtyřmi dekádami proslavila. Na teorii kvantového vyzařování černých děr hypoteticky postuloval, že černá díra navzdory své hamižnosti přece jen něco musí pouštět ven, aby byla zachována entropie a termodynamické zákony. Ani nejstrašidelnější předmět vesmíru nemůže být nesmrtelný, což s sebou přináší celou řadu dalších kosmologických i kvantových zjištění.

Podle Hawkinga se tak černá díra "vypařuje" skrze tepelné, tzv. Hawkingovo záření (podobnost jmen zcela záměrná) vytvářené v momentě, kdy vzniká informační paradox. Problém je, že abychom podobné záření mohli dokázat, museli bychom letět do vesmíru a pozorovat astrofyzikální černou díru. Anebo si, alternativně, vytvořit vlastní analog černé díry! A právě toho dosáhli vědci pod vedením Jeffa Steinhauera v Izraeli. Vytvořili laserový analog, na němž pozorovali termální výstup, tedy pravděpodobně Hawkingovo záření.

Co to v důsledku znamená? Krom šance na Nobelovku za 42 let starý Hawkingův nápad to potvrzuje, že teoretická fyzika kráčí správným směrem. Ani černé díry nejsou věčné, například to navíc dokazuje, že není třeba se bát hypotetických mikročerných děr, které by mohly za kratičký okamžik vzniknout při pokusech v CERNu – přesně podle Hawkingovy teorie by se totiž okamžitě vypařily.

Před definitivním soudem však musí pokus ověřit ještě jiné laboratoře, jak už to ve vědě nezbytně chodí. Jakkoliv jsou analogy podle mnohých vhodným nástrojem, ne každý odborník jim pro simulaci pochodů astrofyzikálních černých děr věří, izraelská studie tak bude dost možná ještě jablkem sváru. Hawking si na své ocenění možná ještě chvílí posečká.

Ladislav Loukota