Promieniowanie czarnych dziur zbadane w laboratorium

Naukowcy z Uniwersytetu w Amsterdamie pokazali, że umykające dotąd badaniom promieniowanie czarnych dziur można analizować na Ziemi, w laboratorium.

Jak podkreślają, czarne dziury to najbardziej ekstremalne obiekty w kosmosie - ich grawitacji nie jest w stanie uciec nawet światło, jeśli znajdzie się dostatecznie blisko.

Załamują się w nich także dwie główne teorie fizyczne - opisująca grawitację i czasoprzestrzeń teoria względności oraz mówiąca o prawach działających w skali atomów mechanika kwantowa.

Stephen Hawking przewidział, że czarne dziury powinny jednak emitować promieniowanie (nazwane od jego nazwiska). Ma ono wynikać z tzw. fluktuacji kwantowych wokół horyzontu zdarzeń czarnej dziury. Jego analiza może więc być jedną z dróg badania czarnych dziur.

Niestety, w praktyce nigdy tych promieni jeszcze nikt nie wykrył, a to dlatego, że czarne dziury znajdują się daleko, a promieniowanie ma być szczególnie słabe.

Teraz holenderscy badacze twierdzą, że odtworzyli promieniowanie czarnych dziur na Ziemi, w swoim laboratorium.

„Postanowiliśmy wykorzystać potężne narzędzia z dziedziny skondensowanej materii, aby badać nieosiągalną fizykę tych niezwykłych obiektów, jakimi są czarne dziury” - mówi Lotte Mertens, współautorka pracy opublikowanej w piśmie „Physical Review Research”.

Aby tego dokonać, jej zespół stworzył model zbudowany z jednowymiarowego łańcucha atomów, w których elektrony mogły przeskakiwać między atomami.

Badacze wyjaśniają, że kiedy elektron przeskakuje z jednego atomu na inny, zachowuje się podobnie, jak materia, która zbliża się do horyzontu czarnej dziury. Jednocześnie pojawia się promieniowanie podobne do promieniowania Hawkinga.

W łańcuchu tym dało się wpływać na łatwość przeskakiwania elektronów, co naśladowało zakrzywienie czasoprzestrzeni powodowane grawitacją czarnej dziury.

Wyniki wskazują, że promieniowanie czarnych dziur ma w pewnych warunkach naturę promieniowania cieplnego.

Co więcej radiacja pojawiała się tylko, gdy przestrzenny rozkład prawdopodobieństwa przeskakiwania elektronów z jednolitego w całym łańcuchu atomów zmieniał się w nierównomierny. Odpowiada to płaskiej czasoprzestrzeni, która zaczyna się zakrzywiać pod działaniem czarnej dziury.

Według tego wyniku pojawienie się promieniowania Hawkinga wymaga zmiany w zakrzywieniu czasoprzestrzeni lub tego, jak to zakrzywienie postrzega obserwator odbierający to promieniowanie.

Powstanie promieniowania wymagało także, aby część łańcucha znalazła się poza sztucznym horyzontem. To wskazuje z kolei, że promieniowanie Hawkinga jest ściśle związane ze zjawiskiem kwantowego splątania.

Dla laika może to brzmieć zawile, ale dla fizyków informacje takie informacje są jak mikroskop, który ukazuje naturę Wszechświata.

Opracowany model jest przy tym relatywnie prosty, co oznacza, że można go wykorzystać w różnych warunkach eksperymentalnych - podkreślają badacze.

Prawdopodobnie można się więc wkrótce spodziewać kolejnych rewelacji na temat czarnych dziur.(PAP)

Marek Matacz

mat/ agt/