TIM FIZIČARA je 2022. godine postigao nešto izvanredno: koristeći lanac atoma u jednom nizu za simulaciju horizonta događaja crne rupe, promatrali su ekvivalent onoga što nazivamo Hawkingovim zračenjem. Riječ je o česticama koje nastaju iz kvantnih fluktuacija zbog prekida u prostor-vremenu koji uzrokuje crna rupa, a ovo otkriće moglo bi biti ključno za rješavanje jedne od najvećih zagonetki moderne fizike, piše Science Alert.

Potraga za jedinstvenom teorijom

Znanstvenici se desetljećima suočavaju s napetostima između dva temeljna okvira za opisivanje svemira. S jedne strane je opća teorija relativnosti, koja opisuje gravitaciju kao kontinuirano polje poznato kao prostor-vrijeme. S druge strane je kvantna mehanika, koja se bavi ponašanjem diskretnih čestica koristeći matematiku vjerojatnosti. Da bi se došlo do jedinstvene teorije kvantne gravitacije, ove dvije, za sada nepomirljive teorije, moraju se uskladiti.

Uloga crnih rupa i Hawkingovo zračenje

Tu na scenu stupaju crne rupe, najekstremniji objekti u svemiru. Toliko su guste da unutar određene udaljenosti od njihovog središta, poznate kao horizont događaja, ništa ne može pobjeći - čak ni svjetlost. Iako ne možemo znati što se događa jednom kad nešto prijeđe tu granicu, slavni fizičar Stephen Hawking je 1974. godine predložio da prekidi u kvantnim fluktuacijama na samom horizontu događaja rezultiraju vrstom zračenja vrlo sličnom toplinskom. To je zračenje kasnije nazvano njegovim imenom.

Problem je što je, ako postoji, ovo zračenje preslabo da bismo ga detektirali postojećom tehnologijom. Zbog toga se znanstvenici okreću laboratorijskim simulacijama kako bi istražili njegova svojstva.

Inovativni laboratorijski pristup

Iako su se slični eksperimenti provodili i ranije, tim predvođen Lotte Mertens sa Sveučilišta u Amsterdamu je u studiji iz 2022. godine isprobao nešto novo. Koristili su jednodimenzionalni lanac atoma kao stazu po kojoj su elektroni mogli "skakati" s jedne pozicije na drugu. Podešavanjem lakoće s kojom se to "skakanje" odvijalo, fizičari su uspjeli stvoriti umjetni horizont događaja koji je ometao valnu prirodu elektrona.

Rezultati koji obećavaju

Učinak ovog lažnog horizonta događaja izazvao je porast temperature koji se podudarao s teorijskim očekivanjima za sustav crne rupe. Zanimljivo je da se to dogodilo samo kada se dio lanca atoma protezao izvan horizonta događaja, što bi moglo značiti da je kvantna isprepletenost čestica s obje strane horizonta ključna za stvaranje Hawkingovog zračenja.

Simulirano zračenje bilo je toplinsko samo pod određenim uvjetima, što sugerira da je Hawkingovo zračenje toplinsko samo u specifičnim situacijama, posebice kada postoji promjena u zakrivljenosti prostor-vremena zbog gravitacije. Iako još nije jasno što to znači za kvantnu gravitaciju, ovaj model nudi jednostavan način proučavanja fenomena u kontroliranom okruženju, bez utjecaja divlje dinamike stvaranja prave crne rupe. Zbog svoje jednostavnosti, model se može primijeniti u širokom rasponu eksperimentalnih postavki.

"Ovo može otvoriti put za istraživanje temeljnih kvantno-mehaničkih aspekata uz gravitaciju i zakrivljena prostor-vremena u različitim postavkama kondenzirane materije", napisali su istraživači u radu objavljenom u časopisu Physical Review Research.