TLDR verze: Černé díry jsou sice kosmické vysavače, Stephen Hawking ale kdysi před půlstoletím predikoval, že něco furt musejí taky vyzařovat. Nyní to na optickém analogu „černé díry“ naznačuje nová práce (studie tu), ale s jedním velkým ale.

Není díra jako díra

„JEŽIŠMARJÁ, ti matláci v laboratoři dělají umělou černou díru? TO MŮŽE ZNIČIT SVĚT, OMG!“ rvou si vlasy nejspíše mnozí po přečtení facebookového titulku zprávy. Adresujme tedy otázky nového objevu postupně.

Černé díry, jak asi víte, obvykle znamenají gravitační singularitu, v níž je hmota tak nahuštěna do jednoho bodu, že se v něm vytváří gravitačně tak přitažlivý bod, že z něj neunikne ani jediný foton. V důsledku tohoto však vzniká hned několik problémů, o nichž se fyzici přou už nějaký čas.

Jedním z nich je třeba informační paradox (tj.: ztrácí se informace o sežrané části nafurt nebo ne? Popsal kolega Vachtl tu), dalším však odporování takové věčné díry termodynamice. I černé díry prostě musejí postupně stárnout – Hawking tak postuloval, že vyzařují tepelné záření (tzv. Hawkingovo záření, o shodu jmen PŘEKVAPIVĚ nejde), kterým se v průběhu věků „vypařují“. Hawkingovo záření je více méně bráno dnešní fyzikou více méně jako fakt – hodilo by se však onen fakt i prokázat, že ano.

Problém s dokazováním podobné srandy je ten, že černou díru na Zemi nemáme! Naštěstí lze paradox chycených částic vytvořit pomocí jiných metod – analogů černých děr! Krom toho, že zní jako nejbestiálnější název kapely, který jsem kdy ve své hlavě vymyslel, jsou analogy černé díry zajímavým nápadem poprvé mentálně navrženým Williamem Unruhem z univerzity v Britské Kolumbii v 80. letech. Vytvořené v praxi (plánovaně) byly teprve před dvěma dekádami.

Dnes jsou možné analogy černé díry dva – akustické a laserové. Zatímco gravitační černé díry vznikají zhroucením hmoty do singularity, akustický analog černé díry se o něco podobné snaží se zvukem, zatímco laserový se světlem. Světelný analog si pak ještě rozpitváme níže.

Analogy samozřejmě nejsou zcela přesným ekvivalentem, na druhou stranu jsou oproti gravitačním černým děrám zase naprosto neškodné. Matematicky jsou přitom vůči teoriím, na nichž naše chápání černých děr stojí, prakticky identické. U akustické černé díry se toho dosahuje pomocí materiálu, který zvuk protéká rychleji, než jaká je lokální rychlost zvuku.

Tak snad jsem to panikářům titulku vysvětlil akurátně a uklidnil je. Teď jen škoda, že si drtivá většina z nich na článek neklikla a tyto „drobné nuance“ jim tak uniknou. Co už.

Dvě vlaštovky z Izraele

U laserové černé díry – využité při aktuálním pokusu – vzniká past vysláním jednoho světelného pulsu do optického vlákna, následovaného pulsem druhým, který má větší vlnovou délku, tudíž se médiem pohybuje rychleji. Druhý svazek by měl dohnat první, k čemuž ale vlivem Kerrova jevu nedojde – intenzita prvního svazku totiž změní index lomu prostředí (tzn. rychlost šíření světla), čímž je druhý svazek za prvním „uvězněn“.

Zní to asi jako nějaký bestiální experiment z Hvězdné brány, výsledkem je ale opět analog horizontu události, a možnost otestovat, jestli Hawking před půl stoletím jenom tak divně neplácal z hladu!

Hrátky s analogy trvají už nějaký ten pátek, experimenty jsou však typicky tak malého charakteru, že pozorování vyžadují supercitlivé měření. Případná emitovaná radiace je totiž na hranici chyby měření, popřípadě může pocházet z jiných jevů, například Čerenkovova záření. Tři roky nazpět jsem třeba psal o izraelském testu Jeffa Steinhauera, ale ani jeho pozorování vzdor tehdejšímu optimismu zjevně nevedlo k Nobelovce…

Experimentální praxe se totiž postupně piluje právě skrze onu kritiku a nejasnosti. Steinhauer sám tak dokončuje novou práci, ale objevili se mu v domovině i konkurenti! Nejnověji totiž pravděpodobné Hawkingovo záření „pozorovali“ vědátoři z izraelského Weizmanského institutu pod vedením Jonathana Droriho.

Také ti využili experiment uvnitř optického kabelu, nově však „stimulovali“ předpokládanou emisi Hawkingova záření druhým světelným pulzem. Podařilo se jim tak jasněji detekovat „negativní“ (vlnově opačné, než „pohlcované“) světlo, které je v optickém analogu černé díry ekvivalentem Hawkingova záření!

Máme bouchat šáňo? Asi furt ne!

Problém je… že právě skrze onu dodatečnou stimulaci ekvivalentu Hawkingova záření je sice pozorování silnější, ale také méně průkazné jako důkaz samovolného emitování Hawkingova záření. Sám vedoucí experimentu Ulf Leonhardt přiznává, že podle jejich výpočtů mělo být pozorované Hawkingovo záření podstatně silnější. Je možné, že oslabeno bylo tím, že jeho kalkulace stojí za starou bačkoru – ale také jej prý mohly oslabit nedostatečné fyzikální vlastnosti samotného optického vlákna, v němž v důsledku pokusu vznikalo nežádoucí ultrafialové záření. Bude třeba – tradičně – ještě všechno dále proštudovat, ověřit, vystavit kritice.

Je to asi překvapivé, ale externě stimulované optické analogy termodynamicko–entropických paradoxů horizontu události astrofyzikálníc̢h gra̛v͏i͠ţąč͘n͡í̷ch́ ͞sing͡u͡la̧r̴it̢  jsou prostě trošičku hustší vědátorský matroš, ne že ne. Vyšší dívčí 2.0.

Debata se tak momentálně vede už jen o tom, jak přesně analog definovat – nová izraelská práce si pomáhá stimulací, je to však podpora experimentu nebo ne? To rozlouskne až další debata. Můžeme být nicméně za takovou debatu rádi, protože onen tři roky starší izraelský posun si Steinhauer udělal skoro úplně sám…

V reálu bohužel nejsou žádné teorie/pokusy potvrzující nebo vyvracející Hawkingovo záření tak průkazně rychlé, jako ty z dílny doktora McKaye a doktorky Carterové, a ani na ně nutně nejde stejný rozpočet – nová práce tak ani tentokrát nepotvrzuje Hawkingovu slavnou teorii, přidává však rozhodně další argument pro další vědátory k dalším pokusům.

Vzdor čistému nepotvrzení existence Hawkingova záření jde tak rozhodně o významný dílek skládačky sloužící dalším experimentům!

[LL]

Fyzika je složitá a na „detailech“ záleží – připomnělo to i řešení „pohonu“ neslavného EM Drive:

Vědátor vzniká v dílně spolku studentů a přátel vědy UP Crowd za podpory MUDRstart, která připravuje přípravné testy pro studenty vysokých škol – podpořte i vy drobákem mojí snahu informovat o vědě věčně & vtipně a přispějte mi v kampani na Patreonu.

A sledujte mojí snahu případně i na Facebooku či YouTube!