Černá díra v laboratoři aneb umělý horizont událostí  
Vědci z Univerzity St. Andrews nahlédli dovnitř černé díry a dokonce tam dělali experimenty. I když to vypadá „přitažené za vlasy“, není tomu tak. Vědecký tým prohlašuje, že skutečně v laboratoři pomocí laseru simuloval horizont událostí černé díry.

 

 

Zvětšit obrázek
Simulace černé díry. Kredit: University of St Andrews

Ulf Leonhardt a Friedrich König (Univerzity St. Andrews, UK) použili intenzivní světelné pulzy k vytvoření umělého horizontu událostí. Horizontem událostí označujeme sférickou plochu, která obklopuje černou díru a kde je úniková rychlost rovna rychlosti světla.

Zvětšit obrázek
Simulovaná deformace obrazu Mléčné dráhy gravitační čočkou černé díry. Kredit: University of St Andrews

Neobyčejně silné gravitační pole brání všemu uvnitř horizontu událostí uniknout přes jeho povrch. Současný laboratorní výzkum umožňuje vědcům testovat teorii Stephena Hawkinga, že černá díra vůbec není „černá“, ale ve skutečnosti vyzařuje světlo – efekt tzv. vypařování černých děr, ale ani v tomto případě částice neunikají přímo zpod horizontu událostí.

 

Je to vůbec poprvé, kdy vědci úspěšně simulovali „falešný“ horizont událostí pomocí světla. Tady nehrozí nebezpečí, že silná gravitace by vědce „vcucla“ do vesmíru. Stolní zařízení, pracující jen se světlem v optických vláknech, je dokonale neškodné.

 

Fyzikální pokus horizontu událostí v laboratoři University St. Andrews, při němž vědci měřili posun světla, je označován za důležitý „milník“.

 

Vědci „vystřelovali“ velmi krátké záblesky laserových paprsků do optického vlákna – na použité vlnové délce závisí rychlost, kterou se světlo v optickém vláknu pohybuje. Došlo k deformaci (zakřivení) paprsku světla, což způsobilo, že světlo zůstalo v optickém vláknu uvězněno podobně jako u černé díry, ze které nic neunikne přes horizont událostí.

 

Zvětšit obrázek
Laboratoř s optickými vlákny. Kredit: University of St Andrews

„Optická černá díra“ vytvořená týmem St. Andrews má omezený rozpočet, proto musel být experiment velmi levný.

 

Zvětšit obrázek
Ulf Leonhardt (University of St Andrews)

To absolutně není možné v astrofyzice. Už v 70. letech Hawking předpověděl vypařování horkých černých děr. Ale zjistit tuto skutečnost pozorováním nelze. Dalekohledy jsou „zaplaveny šumem“. Tým předpokládá, že toto vypařování objeví u „laserové černé díry“, když se teplota zvýší o 1000°C.

 

Leonhardt (University"s School of Physics & Astronomy) popisuje experiment jako „vědecké dobrodružství a obrovskou výzvu“. „Vytvoření optické analogie (simulace) událostí horizontu bylo vzrušujícím dobrodružstvím s mnoha výkyvy nahoru a dolů, velkými nadějemi a hlubokými zklamáními. Zdá se, že dobrodružství bude pokračovat. Doposud většina z toho je ještě teorie, ale uspěli jsme v prvním malém kroku ve fyzikální laboratoři při demonstrování horizontu světla.“

 

„Používali jsme ultrakrátké světelné pulzy v mikrostrukturách optických vláken, abychom demonstrovali vytvoření umělého horizontu událostí. Vytvořili jsme analogii horizontu v optickém vláknu – ne skutečnou černou díru. Pozorovali jsme klasický optický účinek, modrý posun světla na horizontu bílé díry,“ dodal Leonhardt. Bílá díra je opakem černé díry a jedná se o teoretický pojem v kosmologii.

 

Dříve vědci přirovnávali události v okolí černé díry k proudu, který teče k vodopádu. Horizont událostí (místo z něhož není už návratu) je v bodě, kde se řeka začne pohybovat rychleji než její vlny.

Zvětšit obrázek
Supermasívní černá díra ve středu galaxie (ilustrace). Kredit: NASA/JPL-Caltech/Tim Pyle (SSC)

Vědci ze St. Andrews se rozhodli místo vody používat světlo, protože nabízí bezkonkurenční výhody; světlo je nejčistší a nejjednodušší kvantový objekt, jaký si umíme představit. Při vytváření optických horizontů se používá pouze čisté sklo, světlo a vzduch.

 

Podle vědců vznik horizontu událostí není obtížný, může se vytvořit i během dálkového telefonního hovoru pomocí optických vláken a může dokonce dojít k „volání“ i bez volajících.

 

Zvětšit obrázek
Friedrich König (Univerzity St. Andrews)

„Můžete si nasimulovat horizont událostí i ve vaší kuchyni. Necháte téct vodu z kohoutku na rovnou plochu, dokud vlny nevytvoří kruh – voda uvnitř kruhu je „hladká“ a pohybuje se rychleji než vlny v okolí. To znemožňuje vstoupení vln dovnitř kruhu. Tento kruh představuje horizont událostí bílé díry,“ vysvětluje Leonhardt.

 

„Po celou dobu optických telekomunikací, kdy jsou informace přenášeny světelnými pulzy, se mění rychlost světla - kdykoliv lidé komunikují pomocí optických vláken, vytváří se jako vedlejší produkt četné umělé horizonty událostí. Přední strana každého pulsu generuje na konci horizont událostí „černé díry“ – oblast, kde světlo nemůže opustit optický kabel.

Zvětšit obrázek
Černá díra vpodání Iana O"Neilla

Zatímco konec se chová jako horizont událostí „bílé díry“ – oblast, kde světlo do optického kabelu nemůže vstoupit,“ řekl Leonhardt.

 

Vědci doufají, že při použití „chytrých“ laserových systémů a vyspělých optických vláken, bude nakonec jejich horizont událostí dostatečně silný na to, aby bylo možné ověřit Hawkingovu teorii „vypařování černých děr“.

 

Leonhardt výsledky výzkumu představil na kosmologické konferenci (Cosmology Meets Condensed Matteru) v Londýně (28. a 29. ledna 2008). A také byly publikovány 7. března 2008 v Science.

 

Zdroj: University of St Andrews, New Scientist

 

Datum: 11.03.2008 10:18
Tisk článku

Související články:

Supermasivní černá díra Mléčné dráhy brzy posvačí     Autor: Stanislav Mihulka (28.10.2012)
Co kdyby se primordiální černá díra srazila se Zemí?     Autor: Stanislav Mihulka (31.03.2012)
Gigantické bubliny gama záření v Mléčné dráze     Autor: Stanislav Mihulka (11.11.2010)
O krok blíže monstru     Autor: Pavel Koten (11.09.2008)
Obří černá díra zvážena     Autor: Ota Beran (17.07.2008)



Diskuze:

čierna diera

miro,2008-03-27 17:31:42

A čo poviete - skuste podiskutovať - možnosť vzniku čiernej diery vo švajciarsku

Odpovědět

to je preci neco jineho

kantor,2008-03-17 19:04:39

Jestli tomu dobre rozumim tak Ulf Leonhardt simuloval horizont udalosti neceho co se da nazvat "kolapsar" kolabujici objekt s nejakou historii, nikoli cerne diry, ktera konci singularitou co se "vypara z casoprostoru" a to je preci velky rozdil.

Odpovědět

Odkaz na preprint článku v Science

Vladimír Wagner,2008-03-13 09:53:55

Už původní styl článků, které paní Hromadová překládala, je relativně nešťastný a poplatný heslu vrážet atraktivní název (třeba černá díra) kamkoliv. Pak nastane velký problém, jestliže se pouze překládá, bez toho, aby se rozumělo fyzice, která za tím stojí. Myslím, že pro hodně lidí vznikne něco, co je sice vyplněno atraktivními názvy, ale absolutně nepochopitelné.
Pokud jsem věc pochopil správně, tak se jedná o toto. Pokud vytvořím situaci, že se "normálním nekvantovým způsobem" nemůže záření (částice) dostat přes určitou hranici. Zároveň bude na této hranici dostatečně velká hustota energie pole, tak aby byla hustota vzniku kvantových fluktuací dostatečně vysoká. Dostanu něco co je !! analogií !! horizontu událostí a Hawkingova záření u černé díry. Takovou situaci (kromě jiného) lze připravit pomocí průchodu laserových pulsů optickými vlákny. Bylo by opravdu nesmírně zajimavé, kdyby se záření vznikající vlivem kvantových fluktuací na takto opticky vytvořeném horizontu událostí podařilo pozorovat. Ovšem bude to velice náročné hlavně díky vznikajícímu pozadí jiného záření a velice slabé intenzitě tohoto "Hawkingova záření".
Myslím ovšem, že vypíchnutí černé díry do titulku a jako hlavniho tématu je hodně zavádějící a lepší by bylo srozumitelně vysvětlit, o co skutečně jde. To byl i důvod, proč je i přeložený originál v New Scientist podroben v diskuzi pod ním dost velké kritice.
Pro ty, kteří mají jisté fyzikální vzdělání je možnost nahlédnout volně do preprintu, který je nejspíše předchudcem článku v Science na adrese: http://arxiv.org/PS_cache/arxiv/pdf/0711/0711.4796v2.pdf

Odpovědět

to mohli spravit uz v 1996...

kapralius,2008-03-11 19:57:47

mozte mi niekto vysvetlit co sa tu objavilo???

viem malo o ciernych dierach, ale co-to o optickych vlaknach. op.vl. ma jadro v ktorom sa siri svetlo, a to ma isty index lomu. aby svetlo, ktore do vlakna posleme vyslo vonku je okolo jadra material s vyssim indexom lomu aby sa svetlo dopadajuce na tuto barieru odrazilo naspaet do vlakna... moze to byt vyriesene aj sikovnejsie ale tak to v zasade funguje...

a pokial som pochopil clanok, tu urobili opticke vlakno v ktorom je niekde bariera s takym indexom lomu, ze svetlo sa az tak ohne, ze sa vracia spaet... no a?

a co sa tyka faktu, ze sa vln. dlzka svetla posunula smerom k modrej. nevie sa nahodou uz davno, ze v opt. vlakne sa vlnove dlzky posuvaju, nie? teda aspon viem o tom, ze v sietovych technologiach opt. vlakien sa so zmenou vln. dlzky prenasaneho svetla pocita...

ak toto bolo predmetom vyzkumu vedcov, tak vam vravim, ze to by nepreslo ani ako bakalarka na tuke v kosiciach:-)

teda vysvetlite mi o co ide...

Odpovědět


to mohli spravit uz v 1996

asimo,2008-03-11 20:08:40

to nemohli, protože v roce 1996 ještě nebyla známa vlákna s houbovitou strukturou jako má vakuum, který vlnu autofokusuje.

Odpovědět

nepochopilo to asi více lidí ;)

dokola,2008-03-11 19:05:16

já jsem z toho naprosto a dokonale jelen :)

Odpovědět


v zásadě...

asimo,2008-03-11 19:55:25

...krátkovlnné světlo víc rozkmitává jeho částice prostředí, takže víc "kličkuje" a šíří se pomaleji než dlouhovlnné. Ale dlouhovlnné světlo to krátkovlnné nemůže jen tak předehnat, protože když dorazí do rozkmitaného prostředí, je jím zpomalené taky.

Takže ta závislost rychlosti světla na vlnové délce musí být hodně výrazná a rozdíl frekvencí velkej, aby se dlouhovlnnému světlu podařilo čelu krátkovlnné vlny uniknout jako Hawkingovo záření. Pochybuji ale, že v té vláknové optice půjde tuhle situaci opravdu nasimulovat.

Odpovědět


Re: nepochopilo to asi více lidí ;)

antonin,2008-03-13 11:45:35

jo a v první řadě autorka článku :(

Odpovědět

za vlasy ne, ale za - Pa RUCE

Vláďa,2008-03-11 16:15:41

Pozdrav pro eM. zasílá kapr nebo aal Vláďa. Díky za hezké počtení, držím dál palce i u nohou!

Odpovědět

Analogie

Milan Bacik,2008-03-11 15:09:58

Mě to přijde, jako testovat spotřebu nového automobilu simulací na koňském povozu, neboť to je taky dopravní prostředek.

Odpovědět

Nějak jsem to nepochopil

Pavel,2008-03-11 13:20:34

O jaký fyzikální efekt se tady jedná?

Odpovědět


V originálním článku je to vysvětlené lépe

Pavel,2008-03-11 15:16:01

Zkuste se podívat do http://physicsworld.com/cws/article/news/33256, tam je ten princip vysvětlený o něco lépe. Opravdu se jedná jen o emulaci černé díry, ale ten optický "horizont událostí" by podle autorů měl mít podobné chování jako horizont událostí u černé díry.

Odpovědět


Pavle,

Jirka,2008-03-12 09:39:29

zacal jsem si hned k tomu neco hledat. A stejne to nepomohlo. Nikde jsem nenasel nejake ospravedlneni tvrzeni, ze se to bude chovat jako CD. Jestli predpokladaji, ze to bude zarit jako absolutne cerne teleso, tak to asi bude. Ale takhle prakticky zari vsechno, co se da povazovat za dostatecne cerne.
Jestli cekaji, ze se na te emulaci horizontu budou tvorit pary castice-anticastice a jedna z toho paru vyleti ven a druha bude zpusobovat ubytek energie vevnitr, tak toho, obavam se, se nedockaji. Treba se mylim - to by bylo skvele.

Clanek je bohuzel jen prelozeny. Ne, ze by prekladani bylo spatne, ale tady jsem si celkem jisty, ze prekladatel nema (stejne jako ctenari) sajnu o tom, o co vlastne ma jit. Podle me se jedna o jeden z nejslabsich clanku teto autorky. Skoda.

Odpovědět


neni to zcela jasne

mata,2008-03-21 12:56:03

no clanek je napsanej trosku mysterioznim zpusobem. take mi neni moc jasne o co tu jde. mozna ze kdyz uz to autor neumi jasne a naprosto zrejme vysvetlit slovy (coz neminim jako hanu, je prirozene ze takhle komplikovane a navic nove veci je mimoradne obtizne vysvetlit tak aby byli zrejme) bylo by vhodne tam utrousit alespon nejaky vzorecek. predpokladam ze pak by se naznacovana analogie trosku vyjasnila.

Odpovědět


Tento web používá k poskytování služeb, personalizaci reklam a analýze návštěvnosti soubory cookie. Používáním tohoto webu s tím souhlasíte. Další informace