Vědci vyrobili první akustickou černou díru

aktualizováno 
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

Živého kytaristu už dnes na popové desce neuslyšíte, říká věhlasný zvukař

Allen Sides v pražském poslechovém studiu VOIX

Pracoval na skoro tisícovce alb, postavil osmnáct nahrávacích studií a jeho reprosoustavy hrají i ve studiích George...

Nekupujte náš nový Office 2019, prosí Microsoft. Ukazuje to na dvojčatech

Kampaň Microsoftu s dvojčaty ukazuje rozdíl mezi Office 2019 a Office 365....

Microsoft vytvořil sérii videí, ve kterých ukazuje nevýhody nového produktu. Poněkud překvapivé je, že je to jejich...

Jednosměrná letenka na rudou planetu se odkládá. Mars One krachuje

Ilustrace základny na Marsu, jak si ji představují v organizaci Mars One...

Firma Mars One, která slibovala soukromý let na Mars už v roce 2024, zkrachovala. Plány dostat na Mars lidské obyvatele...

Poslední Hitlerovy narozeniny nestály za nic. Supertanků se nedočkal

3D model stíhače tanků Jagdpanther, přezbrojeného na kanón ráže 128 mm tak, jak...

Na podzim 1944 se třetí říše hroutí a německé zbrojovky se snaží o nemožné. Hledají recept na zázračné zbraně,...

Tančík pro vnuka poručíka Grubera. Němci ho nasadili i proti Tálibánu

Lehké obrněné vozidlo Wiesel s 20mm kanonem

V množině bojových vozidel Bundeswehru nalezneme s trochou štěstí i malé, ale o to více zajímavé tančíky Wiesel. Do...

Další z rubriky

NASA ukončila přelet nejvzdálenější planetky, kterou kdy navštívila

Planetka Ultima Thule ve 3D pro brýle filtrující barevné složky pro levé a...

Sonda New Horizons, která 1. ledna přeletěla nad planetkou v Kuiperově pásu, se nyní na pět dní odmlčí kvůli překážce v...

S posádkou už v červenci. SpaceX otestuje loď pro pilotované lety

Umělecké znázornění kosmické lodi Crew Dragon společnosti SpaceX

První zkušební let nové kosmické lodě americké společnosti SpaceX Crew Dragon určené pro přepravu lidí byl stanoven na...

Čína ukázala první video natočené sondou na odvrácené straně Měsíce

Nové záběry z přistání sondy na odvrácené straně Měsíce

Čínský národní vesmírný úřad CNSA se pochlubil záběry, které pořídilo jeho lunární vozítko. To jako vůbec první...

Najdete na iDNES.cz