Ce s-a întâmplat după ce oamenii de știință au simulat o gaură neagră în laborator?

Un analog al unei găuri negre ne-ar putea dezvălui câteva lucruri despre o radiație evazivă, teoretic emisă de cele reale.

Folosind un lanț de atomi aranjați într-un singur șir pentru a simula orizontul evenimentelor unei găuri negre, o echipă de fizicieni a observat în 2022 echivalentul a ceea ce numim radiația Hawking – particule apărute din perturbări ale fluctuațiilor cuantice cauzate de ruptura spațiu-timp produsă de gaura neagră.

• Un instrument cerebral revoluționar ne-ar putea spune cum funcționează conștiența
• Noi perspective asupra energiei întunecate, dezvăluite într-un studiu masiv al Universului

Aceasta, spun ei, ar putea ajuta la rezolvarea tensiunii dintre două cadre teoretice pentru descrierea Universului: teoria generală a relativității, care descrie comportamentul gravitației ca un câmp continuu numit spațiu-timp, și mecanica cuantică, care descrie comportamentul particulelor discrete prin matematica probabilităților.

Pentru o teorie unificată a gravitației cuantice aplicabilă universal, aceste două teorii aparent incompatibile trebuie să găsească o cale de a coexista.

Aici intervin găurile negre – poate cele mai bizare și extreme obiecte din Univers. Aceste obiecte masive sunt atât de dense încât, dincolo de o anumită distanță față de centrul lor de masă, nicio viteză din Univers nu este suficientă pentru a evada. Nici măcar viteza luminii.

Cele mai bizare și extreme obiecte din Univers

Acea distanță, care variază în funcție de masa găurii negre, se numește orizontul evenimentelor. Odată ce un obiect îl traversează, putem doar să ne imaginăm ce se întâmplă. Însă, în 1974, Stephen Hawking a propus că întreruperile fluctuațiilor cuantice cauzate de orizontul evenimentelor dau naștere unui tip de radiație foarte asemănătoare cu radiația termică.

Dacă această radiație Hawking există, ea este mult prea slabă pentru a fi detectată deocamdată. E posibil să nu reușim niciodată să o distingem din zgomotul static al Universului. Însă îi putem explora proprietățile prin crearea de analogi ai găurilor negre în laborator, scrie ScienceAlert.

Acest lucru fusese deja făcut, dar în noiembrie 2022 o echipă condusă de Lotte Mertens, de la Universitatea din Amsterdam, a încercat ceva nou. Un lanț unidimensional de atomi a servit drept cale pentru ca electronii să „sară” dintr-o poziție în alta. Fizicienii au putut face să dispară anumite proprietăți, creând practic un fel de orizont al evenimentelor care a interferat cu natura ondulatorie a electronilor.

O gamă largă de experimente

Efectul acestui fals orizont al evenimentelor a produs o creștere a temperaturii care s-a potrivit cu așteptările teoretice pentru un sistem echivalent unei găuri negre, a spus echipa – dar doar atunci când o parte din lanț se extindea dincolo de orizontul evenimentelor.

Aceasta ar putea însemna că întrepătrunderea particulelor de o parte și de alta a orizontului evenimentelor este esențială pentru generarea radiației Hawking. Acest lucru sugerează și că radiația Hawking ar putea fi termică doar într-un anumite condiții și atunci când există o schimbare în curbura spațiului-timpul datorată gravitației.

Nu este clar ce înseamnă asta pentru gravitația cuantică, dar modelul oferă o cale de a studia apariția radiației Hawking într-un mediu care nu este influențat de dinamica sălbatică a formării unei găuri negre. Și, pentru că este atât de simplu, poate fi folosit într-o gamă largă de experimente, spun cercetătorii.

Cercetarea a fost publicată în Physical Review Research.

Vă mai recomandăm să citiți și:

Astronomii au descoperit o gaură neagră care „mănâncă” 3.000 de Sori pe an

O gaură neagră care explodează ar putea dezvălui fundamentele Universului

Cercetătorii au descoperit o gaură neagră creată la mai puțin de o secundă după Big Bang

O gaură neagră supermasivă colosală tocmai „s-a dat de gol” singură în spațiul îndepărtat