Mała czarna dziura naukowca wprowadza kosmos do laboratorium


W swoim laboratorium w Izraelu Jeff Steinhauer tworzy mikroskopijne czarne dziury. Te obiekty to tylko skromne plamki, pozbawione spaghetti siły ssącej prawdziwej martwej gwiazdy. Ale Steinhauer, fizyk z uniwersytetu naukowego Technion, zapewnia mnie, że skonstruował je matematycznie w skali. Powiększ wystarczająco daleko, a zobaczysz miniaturowy horyzont zdarzeń, odtwarzający dramat prawdziwej czarnej dziury.

Każda z tych drobnych kropelek składa się z 8000 atomów rubidu, które Steinhauer schłodził do prawie absolutnego zera, a następnie wykonał laserem. Łącznie atomy ważą około jednej tysięcznej pojedynczej bakterii.

W prawdziwej czarnej dziurze grawitacja jest tak silna, że ​​po przekroczeniu jej horyzontu zdarzeń nawet światło nie może uciec. Replika Steinhauera, technicznie nazywana kondensatem Bosego-Einsteina, ma tę samą właściwość, ale fal dźwiękowych. Po przekroczeniu granicy w kropli żadne wibracje dźwiękowe nie mogą uciec.

Jeff Steinhauer tworzy w swoim laboratorium małe miniaturowe czarne dziury z atomów rubidu.Zdjęcie: JeffSteinhauer / Technion

Praca ta jest przykładem nowego rodzaju eksperymentu naukowego zwanego symulatorem kwantowym. Symulatory kwantowe są małoskalowymi replikami skomplikowanych zjawisk naturalnych, których zachowanie jest zgodne z zasadami mechaniki kwantowej. Jest to kwantowy odpowiednik budowy modelu samolotu w celu przewidzenia, jak będzie latał prawdziwy odrzutowiec, mówi fizyk Ignacio Cirac z Instytutu Optyki Kwantowej Maxa Plancka.

Na przykład Steinhauer dowiedział się ze swojej repliki kwantowej, że emituje fale dźwiękowe analogiczne do fal świetlnych, które powinny wytwarzać prawdziwe czarne dziury, znane jako promieniowanie Hawkinga. Ponieważ prawdziwe czarne dziury są tak trudne do zbadania, a promieniowanie Hawkinga jest tak słabe, naukowcy nigdy nie zaobserwowali promieniowania w przestrzeni kosmicznej. Ale fale dźwiękowe w symulacji Steinhauera stanowiły pewne wsparcie dla tego pomysłu.

W innym eksperymencie z udziałem kropel zimnego atomu fizycy z University of Chicago symulowali inne ekstremalne środowisko – jak by to było, gdyby ktoś przyspieszył do miliardów g. Teoria przewiduje, że osoba przyspieszająca tak szybko powinna widzieć obiekty emitujące światło, zwane promieniowaniem Unruh.

Niemożliwe jest przyspieszenie osoby w laboratorium; po pierwsze, niemal natychmiast uderzyłyby w ściany. Tak więc badacze stworzyli wersję scenariusza na bieżni – wszystko pozostaje na miejscu, ale wytwarzają iluzję laboratorium przyspieszającego obok kropli atomu. „To tak, jakbyśmy umieścili się w symulatorze lotów” – mówi fizyk Cheng Chin z University of Chicago. „Myślisz, że jeździsz odrzutowcem, ale naprawdę jesteś w laboratorium”.