Stephen Hawking je 1974. napravio jedno od svojih najpoznatijih predviđanja: da crne rupe na kraju potpuno ispare.
Prema Hawkingovoj teoriji, crne rupe nisu savršeno "crne", već zapravo ispuštaju čestice. Ovo je zračenje, vjerovao je Hawking, na kraju siplo dovoljno energije i mase dalje od crnih rupa da bi one nestale. Za ovu se teoriju pretpostavlja da je istinita, ali jednom se mislilo da je gotovo nemoguće dokazati.
Fizičari su, međutim, prvi put pokazali ovo neuhvatljivo Hawkingovo zračenje - barem u laboratoriju. Iako je Hawkingova zračenja previše slaba da bi ga otkrili u svemiru naši trenutni instrumenti, fizičari su to zračenje vidjeli u analogu crne rupe stvorenom pomoću zvučnih valova i neke od najhladnijih, najčudnijih materija u svemiru.
Par čestica
Crne rupe pokazuju tako nevjerojatno snažnu gravitacijsku silu da čak ni foton, koji putuje brzinom svjetlosti, nije mogao pobjeći. Dok se vakuum prostora obično smatra praznim, nesigurnost kvantne mehanike diktira da vakuum umjesto toga puni virtualnim česticama koje lete u parovima materije i antimaterije i izlaze iz njih. (Čestice antimaterije imaju istu masu kao i njihovi materijali, ali suprotno električnom naboju.)
Nakon što se pojavi par virtualnih čestica, one se odmah uništavaju. Pored crne rupe, ekstremne sile gravitacije umjesto toga razdvajaju čestice, pri čemu jednu česticu apsorbira crna rupa dok druga puca u svemir. Apsorbirana čestica ima negativnu energiju, što smanjuje energiju i masu crne rupe. Progutajte dovoljno tih virtualnih čestica, a crna rupa na kraju isparava. Čestica koja izmiče postaje poznata kao Hawkingovo zračenje.
To je zračenje dovoljno slabo da je trenutno nemoguće promatrati ga u svemiru, ali fizičari su smislili vrlo kreativne načine kako ga mjeriti u laboratoriju.
Horizont događaja vodopada
Fizičar Jeff Steinhauer i njegovi kolege s Tehničko-tehnološkog instituta u Haifi koristili su izuzetno hladan plin zvan Bose-Einsteinov kondenzat da bi modelirali događajni horizont crne rupe, nevidljive granice izvan koje ništa ne može pobjeći. U protočni tok ovog plina stavili su liticu, stvarajući "vodopad" plina; kad je plin tekao preko vodopada, pretvorio je dovoljno potencijalne energije u kinetičku energiju da bi tekla brže od brzine zvuka.
Umjesto čestica materije i antimaterije, u protoku plina istraživači su koristili parove fonona ili kvantnih zvučnih valova. Foon na sporoj strani mogao je putovati protiv protoka plina, daleko od vodopada, dok fonon na brzoj strani ne bi mogao, zarobljen "crnom rupom" nadzvučnog plina.
"To je kao kad biste pokušali plivati protiv struje koja je išla brže nego što ste mogli plivati", rekao je Steinhauer za Live Science. "Osjećali biste se kao da idete naprijed, ali stvarno se vraćate natrag. I to je analogno fotonu u crnoj rupi koji se pokušao izvući iz crne rupe, ali gravitacija vas izvlači na pogrešan način."
Hawking je predvidio da će zračenje emitiranih čestica biti u kontinuiranom spektru valnih duljina i energija. Također je rekao da se to može opisati jedinstvenom temperaturom koja je ovisila samo o masi crne rupe. Nedavni eksperiment potvrdio je oba ova predviđanja u zvučnoj crnoj rupi.
"Ovi su pokusi obilazak sile", rekao je Renaud Parentani, teorijski fizičar na Laboratoire de Physique Théorique sa Sveučilišta Pariz-Sud, za Live Science. Parentani također proučava analogne crne rupe, ali s teorijskog ugla; nije bio uključen u novu studiju. "To je vrlo precizan eksperiment. S eksperimentalne strane, Jeff je u ovom trenutku zaista vodeći svjetski stručnjak za korištenje hladnih atoma za ispitivanje fizike crnih rupa."
Parentani je, međutim, naglasio da je ova studija "korak u dugom procesu". Konkretno, ovo istraživanje nije pokazalo da su fononski parovi korelirani na kvantnoj razini, što je još jedan važan aspekt Hawkingovih predviđanja.
"Priča će se nastaviti", rekao je Parentani. "Nije uopće kraj."
