V roku 1974 urobil Stephen Hawking jednu zo svojich najslávnejších predpovedí: čierne diery sa nakoniec úplne odparia.
Podľa Hawkingovej teórie nie sú čierne diery úplne „čierne“, ale v skutočnosti emitujú častice. Hawking veril, že toto žiarenie môže nakoniec vysať dostatok energie a hmoty od čiernych dier, aby ich zmizli. Teória sa všeobecne považuje za pravdivú, ale kedysi sa považovalo za takmer nemožné dokázať ju.
Fyzici však prvýkrát ukázali toto nepolapiteľné Hawkingove žiarenie - aspoň v laboratóriu. Hoci Hawkingove žiarenie je príliš slabé na to, aby sa dalo detekovať vo vesmíre našimi súčasnými nástrojmi, fyzici teraz videli toto žiarenie v analóge čiernej diery vytvorenom pomocou zvukových vĺn a niektorých najchladnejších, najpodivnejších látok vo vesmíre.
Dvojice častíc
Čierne diery vyvíjajú takú neuveriteľne silnú gravitačnú silu, že ani fotón, ktorý cestuje rýchlosťou svetla, nemohol uniknúť. Zatiaľ čo vákuum vesmíru sa vo všeobecnosti považuje za prázdne, neistota kvantovej mechaniky diktuje, že vákuum sa namiesto toho hemží virtuálnymi časticami, ktoré preletujú a neexistujú vo dvojiciach antihmoty. (Častice antihmoty majú rovnakú hmotnosť ako ich náprotivky, ale opačný elektrický náboj.)
Normálne, keď sa objaví pár virtuálnych častíc, okamžite sa navzájom zničia. Avšak vedľa čiernej diery však extrémne gravitačné sily namiesto toho ťahajú častice od seba, pričom jedna častica sa absorbuje čiernou dierou, zatiaľ čo druhá sa vystrelí do vesmíru. Absorbovaná častica má negatívnu energiu, ktorá znižuje energiu a hmotnosť čiernej diery. Dostatočne prehltnite tieto virtuálne častice a čierna diera sa nakoniec odparí. Unikajúca častica je známa ako Hawkingove žiarenie.
Toto žiarenie je dosť slabé, aby sme ho teraz nemohli pozorovať vo vesmíre, ale fyzici vymysleli veľmi kreatívne spôsoby, ako ho zmerať v laboratóriu.
Vodopád horizont udalostí
Fyzik Jeff Steinhauer a jeho kolegovia z Technion - Israel Institute of Technology v Haife použili na modelovanie horizontu udalostí čiernej diery neviditeľnú hranicu, za ktorou nemôže nič uniknúť, použiť extrémne studený plyn zvaný Bose-Einsteinov kondenzát. V prúde tohto plynu umiestnili útes a vytvorili „vodopád“ plynu; keď plyn pretekal cez vodopád, premieňal dostatok potenciálnej energie na kinetickú energiu, aby prúdil rýchlejšie ako rýchlosť zvuku.
Vedci namiesto častíc hmoty a antihmoty použili v prúde plynu páry fonónov alebo kvantové zvukové vlny. Fonón na pomalej strane sa mohol pohybovať proti prúdu plynu, ďaleko od vodopádu, zatiaľ čo fonón na rýchlej strane nemohol uviaznuť v „čiernej diere“ nadzvukového plynu.
„Je to, akoby ste sa snažili plávať proti prúdu, ktorý išiel rýchlejšie, ako ste boli schopní plávať,“ povedal Steinhauer pre Live Science. „Cítili by ste sa, ako by ste postupovali vpred, ale skutočne ste sa vracali späť. Je to analogické s fotónom v čiernej diere, ktorý sa snaží dostať z čiernej diery, ale bol tiahnutý gravitáciou nesprávnym spôsobom.“
Hawking predpovedal, že žiarenie emitovaných častíc bude v súvislom spektre vlnových dĺžok a energií. Povedal tiež, že to možno opísať jednou teplotou, ktorá je závislá iba od hmotnosti čiernej diery. Posledný experiment potvrdil obe tieto predpovede v zvukovej čiernej diere.
„Tieto experimenty sú na turné,“ povedal Renaud Parentani, teoretický fyzik z Laboratoire de Physique Théorique z Paríž-Sud University. Parentani študuje aj analógové čierne diery, ale z teoretického hľadiska; nebol zapojený do novej štúdie. „Je to veľmi presný experiment. Z experimentálneho hľadiska je Jeff v súčasnosti skutočne popredným svetovým expertom na použitie studených atómov na testovanie fyziky čiernych dier.“ “
Parentani však zdôraznil, že táto štúdia je „krokom dlhý proces“. Táto štúdia konkrétne nepreukázala koreláciu párov fonónov na kvantovej úrovni, čo je ďalším dôležitým aspektom Hawkingových predpovedí.
„Príbeh bude pokračovať,“ povedal Parentani. „Nie je to koniec.“
