Kaj se skriva na obzorju?

Današnji Znanstveni britoff namenjamo - z nekolikšno zamudo - Stephenu Hawkingu in sevanju črnih lukenj. Ker ste morda to tematiko poslušalci že spoznali ob njegovem slovesu marca lani, jo bomo predstavili z nekoliko drugačnega stališča. Predstavili bomo aktualno študijo o simuliranju črnih lukenj in Hawkingove radiacije v optičnih medijih.

Hawking je leta 1974 na podlagi miselnega eksperimenta postavil tezo o obstoju nenehnega toka delcev, ki izvira z dogodkovnega obzorja črne luknje. Kot je bilo znano že prej, kvantne fluktuacije prav povsod ves čas ustvarjajo pare delcev in antidelcev. Ti se navadno zelo kmalu po nastanku srečajo in uničijo.

Kaj pa se zgodi s to figuro blizu črne luknje? Če polovica ustvarjenega para prečka dogodkovno obzorje, ne more ubežati gravitacijskemu privlaku črne luknje. Njegova partnerica tako ostane obsojena na dolgo in samotno pot po vesolju. To je Hawkingovo sevanje.

Astrofiziki do zdaj še niso uspeli neposredno opazovati Hawkingovega sevanja. Razlog za to je svetlobna onesnaženost, ki jo proizvajajo črne luknje med požiranjem ostale snovi. Že leta 1981 pa je kanadski fizik William Unruh razmišljal, kako bi lahko isti fizikalni pojav simulirali v laboratoriju.

Unruh je predlagal, da bi dogodkovno obzorje - mejo, onkraj katere zares ni vrnitve - bilo mogoče opaziti tudi v kvantnih tekočinah. Nekoč je bil edini znan primer kvantne tekočine tekoči helij, v zadnjih dvajsetih letih pa je kandidat postal tudi Bose-Einsteinov kondenzat. V zadnjih sedmih letih se je pojavilo nekaj člankov s trditvami, da so v njem opazili znake Hawkingovega sevanja. O večini teh objav obstajajo dvomi, da gre za real deal. Opažanja, tako kritiki, se namreč v nekaterih podrobnostih ne skladajo s teoretičnimi napovedmi.

Osnova za Unruhovo intuicijo je močna nelinearna disperzija. Nekaj podobnega se zgodi pri Kerrovem pojavu. Lomni količnik in posledično hitrost širjenja svetlobe sta v nekaterih snoveh odvisna od njene intenzitete. Močnejši laserski pulzi se zaradi tega premikajo počasneje od šibkejših. Ta fenomen je izkoristila skupina izraelskih in mehiških znanstvenikov in znanstvenic.

V nedavno objavljenem članku poročajo o stimuliranju Hawkingovega sevanja. V eksperimentu so na močen pulz svetlobe, upočasnjen v snovi zaradi Kerrovega pojava, posvetili z drugim laserjem. Močnejši pulz se v tem kontekstu obnaša kot dogodkovno obzorje šibkejšega. Ko ga dohiti, mu ta ne more več pobegniti. V tem smislu šibkejši žarek deluje kot tipalo.

Raziskovalna skupina je med opazovanjem tega srečanja zaznala premaknjen vrh v spektru. Te svetlobe, tako avtorji, ne moremo razložiti le z optičnimi pojavi, temveč je združljiva le s Hawkingovim sevanjem.
Avtorji še opozarjajo, da pri njihovih eksperimentih še ne gre  za pravo eksperimentalno potrditev Hawkingovega sevanja. V poskusu so uporabili tipalni žarek, medtem ko ga izvorna teorija ne potrebuje. Kljub temu so avtorji optimistični in verjamejo, da s tem odkritjem stopajo naproti optičnim opazovanjem pravega Hawkingovega sevanja.