Naukowcy stworzyli w laboratorium pseudo-model czarnej dziury

Zdjęcie: Paolo Carnassale/Getty Images

Obserwacje czarnych dziur są swego rodzaju sprzecznością. W końcu nasze oczy potrzebują fotonów, aby zrozumieć świat, a biorąc pod uwagę, że fotony (znane również jako światło) nie mogą uciec z czarnej dziury, cała kwestia „obserwacji” staje się dość szybko niemożliwa. Z biegiem lat naukowcy opracowali jednak techniki badania czarnych dziur i obserwowania ich wpływu na otaczającą materię. Teraz naukowcy z University of Nottingham w Wielkiej Brytanii opracowali nowe podejście do badania tego bardzo ważnego (choć trudnego do zaobserwowania) obiektu kosmicznego.

Badacze wykorzystali nadciekły hel (o lepkości 500 razy mniejszej niż woda) do stworzenia symulatora kwantowego z helem wewnątrz obracającego się zbiornika ze śmigłem. Według „New Scientist”, ze względu na wyjątkowo niskie tarcie i środowisko przypominające wir, ten szczególny hel zaczął wykazywać „niesamowite efekty kwantowe”. Efekty te pozwoliły zespołowi zaobserwować zjawiska podobne do czarnych dziur, takie jak „tryby pierścieniowe” i interakcje między wirem grawitacyjnym a polem kosmicznym. Najnowszy artykuł został opublikowany na serwerze preprintów (wstępnej wersji publikacji naukowych) arXiv w 2023 r., a jego ostateczna recenzja odbyła się w listopadzie. Ten artykuł nie został jeszcze zrecenzowany. „Fizyka powtarza się w wielu miejscach. To bardzo uniwersalny zestaw modeli matematycznych. Jeśli matematyka jest taka sama, fizyka powinna być taka sama". - Silke Weinfurtner z University of Nottingham powiedziała w „The Guardian” w zeszłym roku. „Dla mnie analogie są darem natury. Mamy system z tymi samymi procesami fizycznymi”.

Zrozumienie czarnych dziur jest ważne zarówno dla astronomii, jak i fizyki ogólnej. Jest ku temu kilka powodów: czarne dziury są bardzo ważne w kontekście formowania się wszechświata, a także dlatego, że są to obiekty, które wydają się być sprzeczne z dobrze znanymi ogólnymi równaniami Einsteina i kwantową teorią pola, która została ustalona z biegiem czasu. Jeśli jest coś, czego naukowcy nienawidzą, to są to sprzeczności. Podczas gdy średnica Sagittariusa A* (supermasywnej czarnej dziury w centrum naszej galaktyki Drogi Mlecznej) sięga około 14,6 miliona kilometrów, sztucznie stworzony wir kwantowy jest bardzo mały, ma zaledwie kilka milimetrów średnicy. Jednak ich rozmiar jest znacznie większy niż poprzednich wirów utworzonych z cieczy kwantowej. Patrik Švančara z University of Nottingham powiedział „New Scientist”: „Podobne wiry występowały wcześniej w układach fizycznych innych niż nadciekły hel, ale ich intensywność była co najmniej kilka rzędów wielkości słabsza”."

Jak wyjaśnia „New Scientist”, tworzenie takich wirów jest trudne. Dzieje się tak, ponieważ wiry składają się z małych „pakietów” zwanych także kwantami. Zwykle, jeśli zbierze się zbyt wiele kwantów, stają się one niestabilne. Jednak w tym eksperymencie połączono 4000 kwantów, tworząc „gigantyczny wir kwantowy”. Taki wir sprawiłby, iż badanie czarnych dziur stałoby się bardziej realistyczne. Niekoniecznie jeden do jednego z rzeczywistymi obiektami, ale znacznie lepiej niż punkt wyjścia. Nawet jeśli sam nie możesz dostać się do czarnej dziury, możesz ją przyciągnąć.