Fizičari u laboratoriju stvorili “crnu rupu” pa svjedočili njezinom isparavanju

Znanstvenici su pomoću lanca atoma uspješno simulirali horizont događaja crne rupe i po prvi put uočili laboratorijsku verziju misterioznog Hawkingovog zračenja. Ovo bi moglo riješiti najveći sukob u modernoj fizici.

Crne rupe su s razlogom najmističniji objekti u svemiru. Njihova gravitacija je toliko ekstremna da joj ništa, pa čak ni svjetlost, ne može pobjeći nakon što prijeđe granicu poznatu kao horizont događaja. No, legendarni fizičar Stephen Hawking 1974. godine postavio je revolucionarnu teoriju: crne rupe zapravo nisu potpuno crne. Prema njegovim proračunima, kvantni efekti na samom rubu horizonta događaja uzrokuju da crna rupa emitira toplinsko zračenje, polako gubi masu i na kraju – isparava.

Budući da je to zračenje (danas poznato kao Hawkingovo zračenje) preslabo da bismo ga otkrili na pravim crnim rupama udaljenim tisućama svjetlosnih godina, tim fizičara sa Sveučilišta u Amsterdamu odlučio je dovesti crnu rupu u svoj laboratorij.

Kako “uzgojiti” crnu rupu na stolu?

Fizičari nisu stvorili pravu, opasnu crnu rupu koja bi mogla progutati Zemlju. Umjesto toga, koristili su jednodimenzionalni niz (lanac) atoma kako bi simulirali ponašanje elektrona koji “skaču” s jedne pozicije na drugu.

Prilagođavanjem lakoće kojom elektroni mogu skakati između ovih atoma, znanstvenici su uspjeli stvoriti situaciju u kojoj se svojstva prostora i vremena mijenjaju na isti način kao u blizini crne rupe. Time su uspješno stvorili lažni horizont događaja – granicu iza koje se ponašanje valova unutar lanca atoma potpuno mijenja, oponašajući gravitacijsku klopku.

A onda se dogodilo ono čemu su se nadali: laboratorijski model počeo je svijetliti.

“Isparavanje” pod povećalom

Kada je tim stvorio ovaj lažni horizont događaja, sustav je zabilježio jasan porast temperature koji je točno odgovarao teoretskim predviđanjima Hawkingovog zračenja.

U stvarnom svemiru, Hawkingovo zračenje nastaje kada se na samom rubu crne rupe stvori par virtualnih čestica. Jedna čestica upadne u crnu rupu, dok druga pobjegne u svemir kao zračenje, kradući pritom maleni dio energije (mase) crne rupe. Tijekom nezamislivo dugog vremena, taj proces uzrokuje da crna rupa potpuno ispari.

U amsterdamskom eksperimentu, znanstvenici su primijetili analogni efekt: uočili su toplinsko zračenje koje je izravno povezano s kvantnim preplitanjem čestica koje su se nalazile s različitih strana njihovog umjetnog horizonta događaja.

Zašto je ovo otkriće povijesno?

Moderna fizika ima ogroman problem: Opća teorija relativnosti (koja opisuje gravitaciju i velike objekte poput zvijezda) i Kvantna mehanika (koja opisuje subatomski svijet) savršeno funkcioniraju odvojeno, ali se matematički potpuno ruše kada se spoje.

Crne rupe su jedina mjesta u svemiru gdje oba ova zakona moraju djelovati istovremeno. Uočavanje Hawkingovog zračenja u laboratoriju pruža fizičarima “živi” model u kojem mogu promatrati kako se kvantni efekti ponašaju u iskrivljenom prostor-vremenu, što nas dovodi korak bliže svetom gralu fizike – Teoriji svega.

Advertisement

Što donosi budućnost?

Ovaj eksperiment dokazuje da nam za proučavanje ekstremne fizike svemira više nisu nužni samo golemi teleskopi i letjelice. Sustavi kondenzirane tvari (poput ovog lanca atoma) postaju moćni analogni laboratoriji za istraživanje fenomena koje ljudska vrsta vjerojatno nikada neće moći posjetiti uživo.

Znanstvenici se nadaju da će sljedeći koraci, koji uključuju uvođenje složenijih interakcija između čestica u ovim simulacijama, otkriti još dublje tajne o tome kako je naš svemir nastao i kako će, u dalekoj budućnosti, završiti.