Sintetičke crne rupe zrače poput pravih

Istraživanje pod vodstvom Sveučilišta u Amsterdamu pokazalo je da se neuhvatljivo zračenje koje dolazi iz crnih rupa može proučavati oponašanjem u laboratoriju. Crne rupe su najekstremniji objekti u svemiru, skupljaju toliko mase u tako malo prostora da ništa – čak ni svjetlost – ne može izbjeći njihovu gravitacijsku silu nakon što se dovoljno približi.

Razumijevanje crnih rupa ključno je za razotkrivanje najtemeljnijih zakona koji upravljaju kozmosom, jer one predstavljaju ograničenja dviju najbolje testiranih teorija fizike: teorije opće relativnosti, koja opisuje gravitaciju kao rezultat (velikog) savijanja prostor-vremena masivnim objektima i teoriju kvantne mehanike, koja opisuje fiziku na ljestvicama najmanjih duljina. Da bismo u potpunosti opisali crne rupe, morali bismo spojiti ove dvije teorije i oblikovati teoriju kvantne gravitacije.

Kako bismo postigli ovaj cilj, možda bismo željeli pogledati što uspijeva pobjeći iz crnih rupa, a ne ono što se proguta. Horizont događaja je nematerijalna granica oko svake crne rupe, iza koje se ne može izaći. Međutim, Stephen Hawking je slavno otkrio da svaka crna rupa mora emitirati malu količinu toplinskog zračenja zbog malih kvantnih fluktuacija oko svog horizonta.

Nažalost, ovo zračenje nikada nije izravno detektirano. Predviđa se da je količina Hawkingovog zračenja koja dolazi iz svake crne rupe toliko mala da ju je nemoguće detektirati (s trenutnom tehnologijom) među zračenjem koje dolazi iz svih drugih kozmičkih objekata.

Alternativno, možemo li proučavati mehanizam na kojem se temelji pojava Hawkingovog zračenja upravo ovdje na Zemlji? To su istraživači sa Sveučilišta u Amsterdamu i IFW Dresden krenuli istraživati. A odgovor je uzbudljivo “da”.

Istraživači su proučavali model temeljen na jednodimenzionalnom lancu atoma, u kojem elektroni mogu “skakati” s jednog atomskog mjesta na drugo. Iskrivljenje prostor-vremena zbog prisutnosti crne rupe oponaša se podešavanjem koliko lako elektroni mogu skakutati između svakog mjesta.

S pravom varijacijom vjerojatnosti skakanja duž lanca, elektron koji se kreće s jednog kraja lanca na drugi ponašat će se točno poput komada materije koji se približava horizontu crne rupe. I, analogno Hawkingovom zračenju, modelni sustav ima mjerljive toplinske ekscitacije u prisutnosti sintetskog horizonta.

Budući da je model tako jednostavan, može se implementirati u nizu eksperimentalnih postavki. To može uključivati ​​podesive elektroničke sustave, spinske lance, ultrahladne atome ili optičke eksperimente. Dovođenje crnih rupa u laboratorij može nas dovesti jedan korak bliže razumijevanju međudjelovanja između gravitacije i kvantne mehanike, te na našem putu prema teoriji kvantne gravitacije.