Všechno to začalo nití. Nejjemnější skleněné vlákno. Výsledkem je světlo černé díry, které ve skutečnosti vykazuje odpor.
Po celá desetiletí zůstávala slavná předpověď Stephena Hawkinga jen taková: předpověď. Nebyli jsme schopni detekovat únik jeho radiace ze skutečných vesmírných monster. Světlo je příliš slabé a vzdálenosti jsou příliš velké. Skupina fyziků se proto uchýlila k triku. Tohoto efektu dosáhli v optickém krystalickém vláknu přímo na laboratorním stole. A poprvé jsme pozorovali, jak světlo reaguje na svůj zdroj.
“Jakob Bekenstein předpověděl, že černé díry mají teplotu. Hawking vypočítal záření. To spojuje kvantovou fyziku a obecnou teorii relativity.”
— Ulf Lönhardt, Weizmannův institut
Hawkingovo záření existuje na průsečíku velkých teorií, které jsou v rozporu. Obecná teorie relativity upřednostňuje hladký, spojitý časoprostor. Kvantová mechanika trvá na nespojitých, diskrétních skocích. Navzájem se „nemůžou vystát“. Nikdo je zatím nedokázal úplně sladit.
Tento konflikt je důvodem, proč je záření tak obtížné detekovat. Astronomové to nenajdou. A nikdy to nenajdou. Je příliš slabý na to, aby byl oddělen od kosmického hluku. Proto vytváříme analogie. Využívají se vodní toky a ultrachladné atomy. A teď – světlo.
Cíl zůstává stejný. Přehrajte si matematiku. Vytvořte horizont událostí.
Jak zastavit světlo? Potřebujeme, aby se médium pohybovalo rychleji než samotné světlo.
Lönhardt to popisuje jako plavce bojujícího proti proudu. Aktuální vítězí. Plavec je nesen za bod, odkud není návratu. Toto je horizont událostí. Ve vesmíru samotný časoprostor klesá dovnitř rychleji než rychlost světla ($c$). V laboratoři světlo vytváří toto pohybující se prostředí.
Nelineární optika způsobuje, že se světlo chová jako hmotná substance. Vědci vyslali do vlákna silný pumpovací puls. Vlákno mělo strukturu fotonického krystalu: bylo proniknuto vzduchovými kanály, aby se upravila rychlost šíření světla.
Pumpovací puls vytvořil ve skle „hrb“. Pohyblivá bariéra. Spěchal vpřed efektivní rychlostí světla.
Poté ho pronásledoval slabší puls sondy. Testovací puls zasáhl bariéru. Nemohl s ním držet krok.
Vytvořil se umělý horizont událostí.
Podle Hawkingovy teorie se částice rodí v párech. Jedna část odletí, druhá spadne dovnitř. Ve skutečných černých dírách má vnitřní pár “negativní energii”, která vysává hmotu.
Ve vláknu se partner projevil v ultrafialovém spektru.
“Napočítali jsme fotony… na přibližně 233 nanometrech. To byl signál.”
– Lönhardt
To je to překvapení. Většina předpokládala kaskádový proces. Postupné proměny. Jedna forma přechází do druhé, dokud se neobjeví záření. Zataženo. Nepřímo.
Tým zjistil, že proces proběhl jedním čistým výstřelem. Přímá interakce. Čerpadlo splňuje testovací impuls. Objeví se Hawkingova dvojice. Okamžitě. Jen.
Opačný efekt se ukázal být ještě jednodušší.
Vytváření energie něco stojí. Zdroj by se měl odrazit. Skutečné černé díry se během eonů vypařují a ztrácejí hmotu kousek po kousku. Laboratorní černé díry by měly ztratit nepatrný zlomek barvy světla.
A stalo se. Pumpovací impuls se posunul. Jen malý zlomek. Asymetrický spektrální vzor. Otisk prstu.
Rané experimenty toto minuly. Tento není.
Proč je to důležité, kromě toho, že je to skvělý trik?
To řeší problém trans-Planckovy stupnice.
Sledujte Hawkingovo záření až do doby jeho narození. Matematika vyžaduje vlny menší než Planckova délka. Právě tam prostor a čas přestávají dávat smysl. Kde umírá slavná fyzika. Pokud základ neexistuje, proč by předpověď měla zůstat pravdivá?
“Jakékoli světlo, které unikne, je nesmírně nataženo,” poznamenal Lönhardt. “Pochází z vah, kde je fyzika neznámá.”
Experiment rozptýlil pochybnosti.
Záře zůstala dokonale tepelná. Dokonce i z prázdnoty menší než Planck.
co bude dál? Dnes používaný laser je klasický. Simuluje spektrum. Ale ne kvantová podivnost.
Příště plánují přejít na plnohodnotný kvantový přístup. Při hledání zmatku. Přízračné spojení mezi unikajícím fotonem a jeho ztraceným partnerem uvnitř horizontu.
Tím by se teorie definitivně potvrdila.
Nebo ne?
