Vedci vytvorili v laboratóriu čiernu dieru! TOTO v nej spozorovali

TEL AVIV 24. mája - Aj keď to znie desivo, v minulých týždňoch vedci v Izraeli vytvorili umelú čiernu dieru. Nešlo však o gravitačnú singularitu, ale o takzvaný analóg čiernej diery, na ktorom možno bez obáv simulovať niektoré paradoxy gravitačných čiernych dier a otázky kozmológie či kvantovej fyziky. Najpodstatnejšou skutočnosťou je, že tím výskumníkov na svojom analógu čiernej diery údajne pozoroval žiarenia, ktoré pred 42 rokmi predpovedal Stephen Hawking.

Čierna diera z bazáru

"Bežná", takzvaná astrofyzikálna čierna diera, vzniká zrútením obrovskej masy hmoty umierajúcej hviezdy do samej seba. Výsledkom je tmavý bod priestoru, ktorý k sebe vťahuje akúkoľvek hmotu a dokonca aj svetlo. Naproti tomu takzvané analógy čiernych dier, z ktorých jeden nedávno vytvorili vedci aj v Izraelskom technologickom inštitúte, vo svojom jadre neškodne držia niečo iné ako hmotu. Dnes vieme vytvoriť dva typy takéhoto analógu, pričom jeden v sebe drží laserový lúč a druhý zvukové vlny.

Akustický analóg držiaci zvukové vlny vzniká vďaka materiálu, ktorý preteká rýchlejšie, než aká je lokálna rýchlosť zvuku. Štandardne môže ísť o hélium podchladený skoro na absolútnu nulu - zvukové vlny sú tak uzavreté v jeho vnútri a vzniká informačný paradox (o ňom viac nižšie). Podobne je to v prípade laserového analógu. Pri tom je do optického vlákna vyslaný jeden svetelný signál nasledovaný krátko na to signálom druhým, avšak vo vyššej vlnovej dĺžke. Druhý signál by sa tak vláknom mal pohybovať rýchlejšie, je však vplyvom zmeny indexu lomu vplyvom prvého lúča spomalený a "uväznený" za svojím pomalým predchodcom. Výsledkom je opäť paradox.

Znie to komplikovane. Pre zjednodušenie takto možno dosiahnuť podobný princíp, ako v astrofyzikálnych čiernych dierach - nejaký typ informácie je uväznený bez možnosti prirodzenej šance na únik. Analógy vlastne nie sú nič experimentálne - prirodzene by akustické čierne diery mohli vznikať na dennej báze napríklad v atmosférach cudzích planét, tie svetelné pokojne aj na Zemi pri komunikácii v optických vláknach. Analógy majú, samozrejme, celý rad obmedzení, ide totiž o napodobňovanie pravej astrofyzikálnej čiernej diery, teda o akési "čierne diery z bazáru". Avšak napríklad Hawkingov informačný paradox čiernych dier je možné na nich testovať pomerne presvedčivo.

Kam sa strácajú informácie

Laboratórne sa analóg čiernej diery podarilo prvýkrát vytvoriť iba pred ôsmimi rokmi práve s nádejou, že na nich bude možné nasimulovať Hawkingov najslávnejší nápad súvisiaci s čiernymi dierami. Pritom takzvaný informačný paradox je téza, ktorá Hawkinga pred štyrmi dekádami preslávila. Na teórii kvantového vyžarovania čiernych dier hypoteticky nastolil, že čierna diera napriek svojej chamtivosti predsa len niečo musí púšťať von, aby bola zachovaná entropia a termodynamické zákony. Ani najstrašidelnejší predmet vesmíru nemôže byť nesmrteľný, čo so sebou prináša celý rad ďalších kozmologických aj kvantových zistení.

Podľa Hawkinga sa tak čierna diera "vyparuje" skrz tepelné, takzvané Hawkingovo žiarenie (podobnosť mien úplne zámerná), ktoré je vytvárané v momente, kedy vzniká informačný paradox. Problém je, že aby sme podobné žiarenia mohli dokázať, museli by sme letieť do vesmíru a pozorovať astrofyzikálnu čiernu dieru. Alebo si alternatívne vytvoriť vlastný analóg čiernej diery! A práve to dosiahli vedci pod vedením Jeffa Steinhauera v Izraeli. Vytvorili laserový analóg, na ktorom pozorovali termálny výstup, teda pravdepodobne Hawkingovo žiarenie.

Čo to v dôsledku znamená? Okrem šance na Nobelovu cenu za 42 rokov starý Hawkingov nápad to potvrdzuje, že teoretická fyzika kráča správnym smerom. Ani čierne diery nie sú večné. Navyše to dokazuje, že nie je potrebné sa báť hypotetických mikročiernych dier, ktoré by mohli za kratučký okamih vzniknúť pri pokusoch v CERNe - presne podľa Hawkingovej teórie by sa totiž okamžite vyparili.

Pred definitívnym súdom však musia pokus overiť ešte iné laboratóriá, ako už to vo vede nevyhnutne chodí. Akokoľvek sú analógy podľa mnohých vhodným nástrojom, nie každý odborník im pre simuláciu pochodov astrofyzikálnych čiernych dier verí. Izraelská štúdia tak bude zrejme ešte jablkom sváru. Hawking si na svoje ocenenie zrejme bude musieť ešte chvíľu počkať.