Černá díra z laboratoře přinesla další důkaz toho, že Hawkingovo záření existuje

TLDR verze: Nový akustický analog černé díry opět sálá větší mírou tepla – a to zvyšuje šanci, že Hawkingovo záření existuje (studie tu)!

Co se stane ve Vegas černé díře, zůstane ve Vegas černé díře?

Temné kosmické vysavače má každý rád – černé díry jsou takové ambivalentní motory vesmíru. Jejich význam pro „architekturu“ vesmíru je obrovský. Černé díry umějí život dávat i brát – alespoň v případě hvězd. Daly by se hledat nějaké mytologické nebo scifácké paralely, ale to nechám stranou. Podstatnější z hlediska vědy je, že vše, co si o černých dírách dnes myslíme, známe jen z teorií a (skoro vždy nepřímých) pozorování.

A to je pro naše chápání pravé povahy černých děr (třeba to, jak kombinují kosmologii a kvantovku) věru limitující! Je teď trochu šumák, že můžeme černé díry už solidně radiosnímkovat. Pro některá kritická měření budeme muset k černým dírám blíže. Jinak se nám data ztratí v šumu po cestě. Pokud ale zítra nedojde na průlom ve vývoji kosmických motorů, s pravděpodobností hraničící s jistotou se nejméně v příštích pár miléniích nestane.

Pokud trochu více solíte a jíte tlustý, nejspíše se takového deadlinu už nedočkáme.

Ledaže moment – co když si vytvoříme černou díru v laboratoři? Právě to si pár let nazpět řekla množina vědátorů zejména z Izraele, a jala se pod vedením Jeffa Steinhauera spíchnout si takzvané analogy černých děr! Dnes umíme vytvářet analogy díry dva – akustické a laserové. Ty první vytvořil Steinhauerův tým, ty druhé krátce na to i tým Ulfa Leonhardta.

Kde gravitační černé díry vznikají zhroucením hmoty (atomy, fotony a tak) do singularity, akustické analogy černé díry se o něco podobné snaží se zvukem (fonony), zatímco laserový se světlem (fotony). Platí, že analogy nejsou přesným ekvivalentem – také však oproti gravitačním černým děrám nehrozí zničením planety, že ano.

Schéma akustické černé díry. Stroj: American Physical Society

Znovu a lépe

Jeff Steinhauer, Stroj: Technion

Proč vlastně umělé černodíry vytvářet? Právě bychom si ověřili pěkně v bezpečí pozemského krbu některé predikované vlastnosti skutečných černých děr. Po teoretické stránce jsou analogy velmi podobné známému paradoxu černých děr. Jak v gravitační singularitě, tak i analozích totiž zůstává něco (částice) uvězněno bez možnosti úniku. To by podle teorií Stephena Hawkinga mělo vést ke generování čehosi, co bylo pojmenováno Hawkingovo záření – které má formu tepla.

Pokud bychom u analogů změřili trochu upocenější podmínky, v laboratoři bychom si tak mohli ověřit podstatnou teorii kvantového světa, aniž bychom museli čekat, než někdo vynalezne USS Enterprise…

Možná se pamatujete, že jsem o posledním podobném výzkumu psal naposledy v lednu. Vědátoři z Weizmanského institutu pod vedením Jonathana Droriho tehdy vytvořili opět analog optický, kde důkaz v podobě dodatečného tepla ještě uměle podpořili.


Problém je, že analogy černých děr jsou titěrná stvoření, u nichž se i odpadní teplo pohybuje na hraně statistické chyby měření. Droriho tým tak (zejména pro umělé podpoření měření) stále kráčel kdesi na půli cesty mezi Nobelovkou a rozbitým teploměrem. Také Leonhardtova dřívější studie zjistila, že naměřené teplo může být prostou anomálií vycházející z pokusu samotného.

Již v lednu jsem ale říkal, že na své nové studii pracuje i sám Jeff Steinhauer, který se analogy tři roky nazpět nejvíce proslavil – a tak se nyní i stalo! Jeho tým v nové studii ohlásil vytvoření nového, lepšího analogu, z něhož navíc redukoval dosavadní problémy experimentu. Redukován tak byl šum magnetického pole, zlepšeny byly optické vlastnosti a další fičury, které snad před třemi lety mohly zisku věrohodný dat házet vidle do zad.

Nynější přesnější podmínky tak redukují šanci, že odhalené teplo (čili důkaz existence Hawkingova záření) je pouhou chybou. Tedy, alespoň teoreticky. Cítíte také to drama?!

Tramdadadá!

O to radostněji ovšem nyní můžu napsat, že nejnovější Steinhauerova studie zjistila – chvilka napětí – že z analogů opět sálá o trochu více tepla, než by jinak mělo! Data se podařilo získat i vylepšenou přesnější měřící metodou. Zdá se tedy, že Hawkingovo záření fakticky existuje! Výsledky jsou natolik přesvědčivě, že i sám Ulf Leonhardt pogratuloval Steinhauerově týmu k tomu, co se jim konečně podařilo.

Stále to samozřejmě není změření opravdické gravitační černé díry – zdá se však, že tříletý závod o to, kdo jako první prakticky ověří platnost Hawkingových teorií, došel svému konci! Pokud Steinhauerova data ověří i nezávislá pozorování, černé díry shodí kus ze svého tajemného závoje. A Stephen Hawking nejspíše o o něco více zarotuje ve své hrobce, protože kdyby vydržel naživu o fous dýl, podstatně by se zvýšila jeho šance na Nobelovku!

[LL]

Máte černých děr málo? Ochutnejte další švestičky z mojí zahrádky k tématu – a případně si dejte #Odebírat!

Vědátor vzniká v dílně spolku studentů a popularizátorů vědy UP Crowd za podpory MUDRstart, který tvoří 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!

Diskuze