Zvětšit obrázek

Simulace černé díry. Kredit: University of St Andrews

Ulf Leonhardt a Friedrich König (Univerzity St. Andrews, UK) použili intenzivní světelné pulzy k vytvoření umělého horizontu událostí. Horizontem událostí označujeme sférickou plochu, která obklopuje černou díru a kde je úniková rychlost rovna rychlosti světla.

Zvětšit obrázek

Simulovaná deformace obrazu Mléčné dráhy gravitační čočkou černé díry. Kredit: University of St Andrews

Neobyčejně silné gravitační pole brání všemu uvnitř horizontu událostí uniknout přes jeho povrch. Současný laboratorní výzkum umožňuje vědcům testovat teorii Stephena Hawkinga, že černá díra vůbec není „černá“, ale ve skutečnosti vyzařuje světlo – efekt tzv. vypařování černých děr, ale ani v tomto případě částice neunikají přímo zpod horizontu událostí.

Je to vůbec poprvé, kdy vědci úspěšně simulovali „falešný“ horizont událostí pomocí světla. Tady nehrozí nebezpečí, že silná gravitace by vědce „vcucla“ do vesmíru. Stolní zařízení, pracující jen se světlem v optických vláknech, je dokonale neškodné.

Fyzikální pokus horizontu událostí v laboratoři University St. Andrews, při němž vědci měřili posun světla, je označován za důležitý „milník“.

Vědci „vystřelovali“ velmi krátké záblesky laserových paprsků do optického vlákna – na použité vlnové délce závisí rychlost, kterou se světlo v optickém vláknu pohybuje. Došlo k deformaci (zakřivení) paprsku světla, což způsobilo, že světlo zůstalo v optickém vláknu uvězněno podobně jako u černé díry, ze které nic neunikne přes horizont událostí.

Zvětšit obrázek

Laboratoř s optickými vlákny. Kredit: University of St Andrews

„Optická černá díra“ vytvořená týmem St. Andrews má omezený rozpočet, proto musel být experiment velmi levný.

Zvětšit obrázek

Ulf Leonhardt (University of St Andrews)

To absolutně není možné v astrofyzice. Už v 70. letech Hawking předpověděl vypařování horkých černých děr. Ale zjistit tuto skutečnost pozorováním nelze. Dalekohledy jsou „zaplaveny šumem“. Tým předpokládá, že toto vypařování objeví u „laserové černé díry“, když se teplota zvýší o 1000°C.

Leonhardt (University"s School of Physics & Astronomy) popisuje experiment jako „vědecké dobrodružství a obrovskou výzvu“. „Vytvoření optické analogie (simulace) událostí horizontu bylo vzrušujícím dobrodružstvím s mnoha výkyvy nahoru a dolů, velkými nadějemi a hlubokými zklamáními. Zdá se, že dobrodružství bude pokračovat. Doposud většina z toho je ještě teorie, ale uspěli jsme v prvním malém kroku ve fyzikální laboratoři při demonstrování horizontu světla.“

„Používali jsme ultrakrátké světelné pulzy v mikrostrukturách optických vláken, abychom demonstrovali vytvoření umělého horizontu událostí. Vytvořili jsme analogii horizontu v optickém vláknu – ne skutečnou černou díru. Pozorovali jsme klasický optický účinek, modrý posun světla na horizontu bílé díry,“ dodal Leonhardt. Bílá díra je opakem černé díry a jedná se o teoretický pojem v kosmologii.

Dříve vědci přirovnávali události v okolí černé díry k proudu, který teče k vodopádu. Horizont událostí (místo z něhož není už návratu) je v bodě, kde se řeka začne pohybovat rychleji než její vlny.

Zvětšit obrázek

Supermasívní černá díra ve středu galaxie (ilustrace). Kredit: NASA/JPL-Caltech/Tim Pyle (SSC)

Vědci ze St. Andrews se rozhodli místo vody používat světlo, protože nabízí bezkonkurenční výhody; světlo je nejčistší a nejjednodušší kvantový objekt, jaký si umíme představit. Při vytváření optických horizontů se používá pouze čisté sklo, světlo a vzduch.

Podle vědců vznik horizontu událostí není obtížný, může se vytvořit i během dálkového telefonního hovoru pomocí optických vláken a může dokonce dojít k „volání“ i bez volajících.

Zvětšit obrázek

Friedrich König (Univerzity St. Andrews)

„Můžete si nasimulovat horizont událostí i ve vaší kuchyni. Necháte téct vodu z kohoutku na rovnou plochu, dokud vlny nevytvoří kruh – voda uvnitř kruhu je „hladká“ a pohybuje se rychleji než vlny v okolí. To znemožňuje vstoupení vln dovnitř kruhu. Tento kruh představuje horizont událostí bílé díry,“ vysvětluje Leonhardt.

„Po celou dobu optických telekomunikací, kdy jsou informace přenášeny světelnými pulzy, se mění rychlost světla - kdykoliv lidé komunikují pomocí optických vláken, vytváří se jako vedlejší produkt četné umělé horizonty událostí. Přední strana každého pulsu generuje na konci horizont událostí „černé díry“ – oblast, kde světlo nemůže opustit optický kabel.

Zvětšit obrázek

Černá díra vpodání Iana O"Neilla

Zatímco konec se chová jako horizont událostí „bílé díry“ – oblast, kde světlo do optického kabelu nemůže vstoupit,“ řekl Leonhardt.

Vědci doufají, že při použití „chytrých“ laserových systémů a vyspělých optických vláken, bude nakonec jejich horizont událostí dostatečně silný na to, aby bylo možné ověřit Hawkingovu teorii „vypařování černých děr“.

Leonhardt výsledky výzkumu představil na kosmologické konferenci (Cosmology Meets Condensed Matteru) v Londýně (28. a 29. ledna 2008). A také byly publikovány 7. března 2008 v Science.

Zdroj: University of St Andrews, New Scientist