Wszystko zaczęło się od wątku. Najdelikatniejsza nić szklana. Rezultatem jest światło czarnej dziury, które w rzeczywistości wykazuje opór.
Przez dziesięciolecia słynna przepowiednia Stephena Hawkinga pozostawała właśnie tym: przepowiednią. Nie byliśmy w stanie wykryć wycieku jego promieniowania z prawdziwych kosmicznych potworów. Światło jest za słabe, a odległości za duże. Dlatego grupa fizyków zastosowała pewien trik. Osiągnęli ten efekt w krystalicznym światłowodzie bezpośrednio na stole laboratoryjnym. I po raz pierwszy zaobserwowaliśmy, jak światło reaguje na swoje źródło.
“Jakob Bekenstein przewidział, że czarne dziury mają temperaturę. Hawking obliczył promieniowanie. To łączy fizykę kwantową i ogólną teorię względności.”
— Ulf Lönhardt, Instytut Weizmanna
Promieniowanie Hawkinga istnieje na skrzyżowaniu wielkich teorii, które są ze sobą sprzeczne. Ogólna teoria względności faworyzuje gładką, ciągłą czasoprzestrzeń. Mechanika kwantowa kładzie nacisk na nieciągłe, dyskretne skoki. Oni „nie mogą znieść” siebie nawzajem. Nikomu jeszcze nie udało się ich całkowicie pogodzić.
To właśnie ten konflikt sprawia, że promieniowanie jest tak trudne do wykrycia. Astronomowie tego nie znaleźli. I nigdy go nie znajdą. Jest zbyt słaby, aby można go było oddzielić od kosmicznego hałasu. Dlatego tworzymy analogie. Wykorzystuje się przepływy wody i ultrazimne atomy. A teraz – światło.
Cel pozostaje ten sam. Powtórz matematykę. Stwórz horyzont zdarzeń.
Jak zatrzymać światło? Musimy sprawić, aby ośrodek poruszał się szybciej niż samo światło.
Lönhardt opisuje go jako pływaka walczącego z prądem. Aktualny wygrywa. Pływak zostaje przeniesiony poza punkt, z którego nie ma powrotu. To jest horyzont zdarzeń. W przestrzeni sama czasoprzestrzeń opada do wewnątrz szybciej niż prędkość światła ($c$). W laboratorium światło tworzy poruszające się środowisko.
Optyka nieliniowa sprawia, że światło zachowuje się jak substancja materialna. Naukowcy wysłali do włókna silny impuls pompy. Światłowód miał strukturę kryształu fotonicznego: penetrowano w nim kanały powietrzne w celu regulacji prędkości propagacji światła.
Impuls pompowania utworzył w szkle „garb”. Poruszająca się bariera. Ruszył naprzód z efektywną prędkością światła.
Następnie był ścigany przez słabszy impuls sondy. Impuls testowy uderzył w barierę. Nie mógł za nim dotrzymać kroku.
Utworzył się sztuczny horyzont zdarzeń.
Według teorii Hawkinga cząstki rodzą się parami. Jedna część odlatuje, druga wpada do środka. W prawdziwych czarnych dziurach para wewnętrzna ma „energię ujemną”, która wysysa masę.
We włóknie partner pokazał się w widmie ultrafioletowym.
„Liczyliśmy fotony… o wielkości około 233 nanometrów. To był sygnał.”
– Lönhardta
To niespodzianka. Większość zakładała proces kaskadowy. Stopniowe transformacje. Jedna forma przechodzi w drugą, aż pojawi się promieniowanie. Mętny. Pośrednio.
Zespół odkrył, że proces ten nastąpił za jednym razem. Bezpośrednia interakcja. Pompa otrzymuje impuls testowy. Pojawia się para Hawkingów. Natychmiast. Tylko.
Efekt odwrotny okazał się jeszcze prostszy.
Wytwarzanie energii coś kosztuje. Źródło powinno wrócić do normy. Prawdziwe czarne dziury wyparowują przez eony, stopniowo tracąc masę. Laboratoryjne czarne dziury powinny stracić niewielki ułamek koloru światła.
I to się stało. Impuls pompowania uległ zmianie. Tylko niewielki ułamek. Asymetryczny wzór widmowy. Odcisk palca.
Wczesne eksperymenty tego nie zauważyły. Ten nie jest.
Dlaczego jest to ważne, poza tym, że jest to fajna sztuczka?
Rozwiązuje to problem skali trans-Plancka.
Prześledź promieniowanie Hawkinga do chwili jego narodzin. Matematyka wymaga fal mniejszych niż długość Plancka. To tam przestrzeń i czas przestają mieć sens. Gdzie umiera słynna fizyka. Jeśli podstawa nie istnieje, dlaczego przewidywania miałyby pozostać prawdziwe?
„Każde uciekające światło jest ogromnie rozciągane” – zauważył Lönhardt. „Pochodzi ze skal, w których fizyka jest nieznana”.
Eksperyment rozwiał wątpliwości.
Blask pozostał idealnie termiczny. Nawet z pustki poniżej skali Plancka.
Co dalej? Laser stosowany dzisiaj jest klasyczny. Symuluje widmo. Ale nie kwantowa dziwność.
Następnym razem planują przejść na podejście kwantowe na pełną skalę. W poszukiwaniu zamieszania. Upiorne połączenie pomiędzy uciekającym fotonem a jego zagubionym partnerem na horyzoncie.
To definitywnie potwierdziłoby teorię.
Albo nie?
