Problem z czarnymi dziurami polega na tym, iż są one praktycznie niedostępne dla bezpośrednich obserwacji. Choć ich istnienie potwierdzają między innymi fale grawitacyjne i promieniowanie emitowane przez materię wokół nich, szczegóły ich dynamiki – zwłaszcza procesy zachodzące tuż przy horyzoncie zdarzeń – pozostają niezwykle trudne do uchwycenia. To właśnie dlatego naukowcy zaczęli szukać sposobów na przeniesienie tej fizyki do laboratorium.
Czytaj też: Świat nauki stanął u progu załamania. Fizycy wydali werdykt w sprawie anomalii mionu
W najnowszym eksperymencie przedstawiciele Uniwersytetu Bar-Ilana stworzyli specjalne, mikroskopijne struktury optyczne o zakrzywionej geometrii, które naśladują zakrzywienie czasoprzestrzeni wokół czarnej dziury. Dzięki nowoczesnym technikom druku 3D udało się zaprojektować układy, w których światło zachowuje się analogicznie do fal rozchodzących się w pobliżu tych ekstremalnych obiektów kosmicznych.
Kluczowym elementem badań było odtworzenie charakterystycznych drgań czarnej dziury pojawiających się na przykład po jej zderzeniu z innym obiektem. To właśnie te sygnały, czyli swoiste echo kosmicznych katastrof, są dziś rejestrowane przez detektory fal grawitacyjnych. W warunkach laboratoryjnych udało się je zaobserwować jako konkretne wzorce propagacji światła, co oznacza, że po raz pierwszy można je badać bezpośrednio i z pełną kontrolą.
Jednym z najbardziej zaskakujących rezultatów tych działań było odkrycie, że światło może zostać uwięzione wyłącznie dzięki geometrii przestrzeni, bez użycia tradycyjnych luster. Na pierwszy plan wysunęła się wtedy sfera fotonowa, niestabilny region wokół czarnej dziury, gdzie światło może krążyć po zamkniętych orbitach. W eksperymencie udało się odtworzyć ten efekt oraz uzyskać emisję laserową w takim układzie, co wcześniej wydawało się niemożliwe.
Co to oznacza w praktyce? Naukowcy wiedzą już, że zakrzywienie przestrzeni może pełnić funkcję narzędzia do kontrolowania światła, co toruje drogę do opracowania zupełnie nowych technologii fotonicznych. Możliwe staje się projektowanie urządzeń, w których światło jest prowadzone i wzmacniane nie przez materiały czy zwierciadła, a przez samą geometrię układu.
Czytaj też: Fizycy z Warszawy „uwięzili” światło w strukturze 2000 razy cieńszej od ludzkiego włosa
Jakby tego było mało, eksperymenty tego typu tworzą zupełnie nową dziedzinę badań, łączącą optykę, teorię względności i nanotechnologię. Dzięki nim naukowcy mogą testować idee, które dotąd pozostawały czysto teoretyczne: od zachowania fal w ekstremalnej grawitacji po bardziej egzotyczne koncepcje związane z naturą czasoprzestrzeni. My widzimy natomiast, jak najbardziej ekstremalne zjawiska we wszechświecie mogą być teraz badane w laboratoriach.
Źródło: Advanced Science
