Premium

Získejte všechny články
jen za 89 Kč/měsíc

Vědci vyrobili první akustickou černou díru

Vědcům z Technionu, Izraelského technologického institutu, se podařilo vytvořit první umělou černou díru založenou na šíření zvukových vln. Jejich experiment by mohl významně napomoci při hledání Hawkingova záření černých děr.

Obří černá díra v centru galaxie

Astrofyzikální černé díry jsou oblasti prostoročasu vzniklé zhroucením hmoty do tzv. singularity, ve které zakřivení časuprostoru a gravitační síly dosahují nekonečných hodnot. Studium skutečných černých děr je již z jejich povahy pro vědce velmi komplikované, neboť podle obecné relativity se ven z jejich nitra nemůže dostat žádná hmota ani informace. Dokonce ani světlo.

Zvuk místo světla

Protože sestrojit černou díru v laboratoři se zdá být holý nesmysl, experimentátoři se pokoušejí zkoumat systémy, které černé díry víceméně zdařile napodobují. O snahách vytvořit černé díry v optických vláknech pomocí laserových paprsků jsme již v minulosti psali ( pro  První umělá černá díra je na světě), nyní byl ohlášen úspěšný pokus o vytvoření akustické černé díry.

V pokusech o vytvoření zvukových analogií černých děr jde vědcům o to, aby se materiál nosného prostředí pohyboval rychleji, než je rychlost zvuku v něm. Zvukové vlny pak svému prostředí nemohou v rychlosti stačit a zůstávají polapeny v určité oblasti, podobně jako ryba, která se marně pokouší překonat prudce tekoucí proud. Vzniká tedy obdoba horizontu událostí jako u klasických černých děr.

Bose–Einsteinův kondenzát

K vytvoření zvukových černých děr zřejmě došlo v minulosti již několikrát, při experimentech s tzv. Bose–Einsteinovým kondenzátem (BEC, z angl. Bose-Einstein condensate), zvláštním kvantovým stavem hmoty při teplotách těsně nad absolutní nulou, ve kterém se shluky atomů chovají jako jediný atom.

Ovšem v případě studie provedené Jeffem Steinhauerem z Technionu jde o vůbec první zdokumentovaný případ, kdy k tomu došlo záměrně. Jeho tým ochladil zkoumaný vzorek materiálu - asi 100 tisíc nabitých atomů rubidia - na teplotu několika miliardtin stupňů nad absolutní nulou, aby v něm poté pomocí magnetického pole a laseru vytvořil oblast, ve které dochází při pohybu atomů k překročení rychlosti zvuku.

Přestože takto vzniklá akustická černá díra neměla dlouhého trvání, šlo jen o nějakých 8 milisekund, důsledky Steinhauerova počinu by mohly být opravdu závažné, neboť se předpokládá, že další snahy v tomto směru by mohly vést až k detekci Hawkingova záření!

Hawkingovo záření

K jeho existenci dospěl v roce 1970 anglický fyzik Stephen Hawking, když uvažoval o tom, jak se kvantové efekty projevují v blízkém okolí černých děr. Principy kvantové mechaniky předpokládají, že v prázdném prostoru neustále spontánně vznikají a zanikají částice. Vzniklé páry složené z virtuálních částic a antičástic se vynořují do existence vždy jen na velice krátký okamžik, dokud anihilací opět nezaniknou.

Podle Hawkinga ale virtuální páry částic může poblíž horizontu událostí černých děr potkat velice zajímavý osud – jedna částice může být černou dírou pohlcena, zatímco té druhé se podaří ze sféry vlivu černé díry uniknout. Vnějšímu pozorovateli by se pak tato částice jevila jako záření. Pokud má Hawking pravdu, pak by černé díry tímto mechanismem mohly snižovat svoji hmotnost, nebo se dokonce „vypařit“ úplně (kvantové vypařování černých děr).

Fotony nahradí fonony

U akustických černých děr ale žádné skutečné záření pozorovat nemůžeme, tak co s tím? Opět nám může pomoci analogie, tentokrát mezi elektromagnetickým a zvukovým polem, resp. mezi fotony a tzv. fonony, pomocí kterých fyzici popisují šíření zvukových vln v materiálech.

Steinhauer se domnívá, že zvukové černé díry by se mohly projevovat šířením nepatrných materiálových vibrací. (Fonony jsou jen fiktivní vibrační kvanta, v žádném případě nejde o skutečné částice.)

Stephenu Hawkingovi by jistě objev Hawkongova záření kromě uspokojení přinesl minimálně Nobelovu cenu za fyziku, ovšem detekce tohoto záření astronomickým pozorováním je velmi obtížná, neboť jeho efekt je zastíněn všudypřítomnou radiací včetně reliktního mikrovlnného záření.

Jde o první krok

Díky akustickým černým dírám ale fyzici dostávají do rukou nástroj, jak jeho existenci potvrdit. Steinhauer odhaduje, že by se u fononů tento jev mohl uplatnit mnohem výrazněji než v případě klasických černých děr, kde se možnosti jeho pozorování prozatím pohybují spíše v teoretické rovině.

„Objev zvukových vln produkovaných (akustickou) dírou je vskutku obtížný. Ale toto je první krok,“ tvrdí na serveru časopisu New Scientist Bill Unruh z Univerzity Britské Kolumbie v kanadském Vancouveru, který jako první přišel s myšlenkou využít pro detekci Hawkingova záření uměle vytvořených horizontů událostí v kvantových tekutinách.

Zdroj:

physics.technion.ac.il
www.newscientist.com

Autor:
  • Nejčtenější

Hoffmann nechal vypnout rozhlas. Jako jeden z mála komunistů skončil ve vězení

v diskusi je 53 příspěvků

15. června 2024

Před 100 lety se narodil Karel Hoffmann, člen konzervativní kliky uvnitř KSČ, který během okupace v...

Vyhlídkový raketoplán Richarda Bransona letěl naposledy

v diskusi je 12 příspěvků

14. června 2024

Minulou sobotu se uskutečnil historicky poslední let raketoplánu SpaceShipTwo se čtyřmi pasažéry na...

{NADPIS}

{LABEL} {POPISEK}

Apple naučil sluchátka nové kousky a chystá se zaplavit vaše obrazovky

v diskusi jsou 2 příspěvky

11. června 2024

Ačkoli byla konference WWDC především o novinkách v operačních systémech a představení „AI“ jako...

Když astronauti na ISS spali, diváky přenosu ze stanice vyděsilo vysílání

v diskusi je 6 příspěvků

13. června 2024  10:15

Americký úřad pro letectví a vesmír na jednom ze svých kanálů vysílá přímý přenos z Mezinárodní...

{NADPIS}

{LABEL} {POPISEK}

Apple nám ukázal novinky a kde všude nasadil umělou inteligenci

v diskusi jsou 4 příspěvky

10. června 2024  18:27,  aktualizováno 

V pondělí začal Apple ukazovat novinky v softwarových produktech. Na každoroční konferenci WWDC se...

Už 100 let mohou fotbalisté vstřelit gól přímo z rohu

v diskusi je 10 příspěvků

16. června 2024

Už 100 let mohou dát fotbalisté gól přímo z rohu. V červnu 1924 tuto možnost otevřelo svým...

Jakmile zacvaknou kola, přijde uvolnění. Z Austrálie domů v letadle z roku 1960

v diskusi jsou 3 příspěvky

16. června 2024

Na konci ledna přistála na letišti v Podhořanech nedaleko Chrudimi malá formace letadel v čele s...

Hoffmann nechal vypnout rozhlas. Jako jeden z mála komunistů skončil ve vězení

v diskusi je 53 příspěvků

15. června 2024

Před 100 lety se narodil Karel Hoffmann, člen konzervativní kliky uvnitř KSČ, který během okupace v...

KVÍZ: Poznáte motor podle zvuku?

v diskusi jsou 3 příspěvky

15. června 2024

V neděli 16. června se rozsvítí v kalendáři Den otců. Nejen pro všechny táty jsme – v dostatečném...

Skandál kolem morbidně obézní Miss Alabama. Co se ztratilo mezi řádky

Sociální sítě počátkem června rozvášnila obézní plus size modelka Sara Millikenová oceněná titulem Miss Alabama 2024....

Do Itálie se nevrátím, tady vše funguje lépe, říká dcera Petra Hapky

Dcera slavného českého hudebníka Petra Hapky (†70) Petra (41) žila od 3 let s matkou v italském Římě. Ve 29 letech se...

Koupil byt i s nájemníkem a zdražil o sedm tisíc. Chce výnos 4,5 procenta

Seriál Našel jsem si nájemní byt, ve kterém bydlím několik měsíců. Platím 17 tisíc korun za nájem a k tomu měsíční poplatky za...

Čekám na transplantaci, ale dám přednost mladým, říká herec Zdeněk Žák

Herec Zdeněk Žák (71) si nikdy moc nepřipouštěl své zdravotní problémy. Nemoci přecházel a k doktoru se nehnal, až...

Jen ať mě kritizují, moje šperky vydělávají, říká zpěvačka Lucie Bílá

Zatím jí to pořád zpívá, ale i Lucie Bílá (58) si uvědomuje, že jednou její kariéra skončí. Hlava ji z toho ovšem...