Černé díry trápí fyziky až do morku kostí. Strašně rádi by jim porozuměli, ale zároveň před nimi mají veliký respekt. A když ne oni, tak grantové agentury, které by asi jen velice těžko nasypaly peníze do projektu, zahrnujícího experimentální černou díru v pozemské laboratoři. Vědci se ale nemusejí spokojit s pozorováním velice vzdálených objektů ve vesmíru, u nichž býváme na pochybách, s čím vlastně máme tu čest. Existují totiž triky, díky nimž můžeme v laboratoři vytvořit falešné černé díry, naštěstí bez rizika kontroly pravosti obchodní značky. Gravitační chřtány se singularitou to sice úplně nejsou, ale zkoumat se do jisté míry dají. A mohly by poskytnout zajímavé odpovědi, například v souvislosti s Hawkingovým zářením.
Hawkingovo záření, čili tepelné záření černých děr je vlastně dítětem dost rozhádaných rodičů – obecné relativity a kvantové mechaniky. To samozřejmě nedělá dobrotu, vzbuzuje kontroverze a vědce velice dráždí. Nejlepší by bylo změřit si nějakou černou díru, jenže ty zatím nejsou po ruce, alespoň ne ty skutečné. Co kdybychom si ale simulovali horizont událostí v laboratoři?
Pustil se do toho fyzik Jeff Steinhauer z Technionu – Izraelského technologického institutu v Haifě. Falešnou černou díru s falešnými černoděrovými efekty si vytvořil uvězněním zvukových vln v ultrachladné kapalině. Použil k tomu soubor atomů rubidia, vymražených na méně než miliardtinu stupně nad absolutní nulou, jinými slovy Bose-Einsteinův kondenzát. Působením laseru přinutil tuhle podivuhodnou látku s kvantovým chováním proudit rychleji než zvuk. Když pak do Bose-Einsteinova kondenzátu pustil zvukové vlny proti směru jeho proudění, zvukové vlny v něm uvízly jako plavci v silném proudu. Kvantový kondenzát se tím pádem stal náhražkou gravitačního horizontu událostí.
Během Steinhauerova experimentu vznikaly v laboratorním vakuu páry zvukových vln, které napodobovaly páry částic a antičástic ve fyzikálním vakuu. Když tyhle vlny vznikly na různých stranách zvukového horizontu událostí, staly se obdobou Hawkingova záření černé díry. Aby Steinhauer mohl takové zvukové vlny zachytit, vytvořil uvnitř zvukového horizontu událostí ještě druhý zvukový horizont událostí, jehož působením by se zvukové obdoby Hawkingova záření zesilovaly, až by byly zachytitelné přístroji.
Simulace černých děr v laboratoři není úplně bez kontroverzí. Podle některých odborníků není jasné, jak zdařile vlastně falešné černé díry v laboratoři, které Steinhauer pět let piluje k dokonalosti, napodobují skutečné Hawkingovo záření. Jde o to, že kvůli zesilování zvukových vln druhým zvukovým horizontem událostí Steinhauer detekuje vlny falešného Hawkingova záření jen o jediné frekvenci a není si jistý nakolik se tím původní zvukové Hawkingovo záření zkresluje.
Další vědci jsou zase, navzdory pochybnostem, Steinhauerovým modelem unešeni. Podle experimentálního fyzika Daniela Faccia z Heriot-Wattovy univerzity v Edinburghu jde o zatím nejpřesvědčivější důkaz, že laboratorní modely mohou napodobit podivuhodné fenomény na křehké linii příměří obecné relativity a kvantové mechaniky. Teoretický fyzik William Unruh z Univerzity Britské Kolumbie ve Vancouveru zase vidí Steinhauerův experiment jako naše nejtěsnější přiblížení Hawkingovu záření, nanejvýš zajímavé a vzrušující.
Video: Jeff Steinhauer, Technion Israel Institute of Technology
Literatura
Nature News 12. 10. 2014, Nature Physics online 12. 10. 2014, Wikipedia (Hawking radiation, Bose–Einstein condensate).