Stephen Hawking stelde het idee van Hawking-straling voor het eerst voor in 1974. Gary Gershoff/Getty/NASA/CXC/M.Weiss

Een laboratoriumexperiment lijkt een idee over zwarte gaten te valideren, voorgesteld door niemand minder dan theoretisch natuurkundige Stephen Hawking. Bovendien, het idee - zwarte gaten zenden in de loop van de tijd energie uit die Hawking-straling wordt genoemd en krimpen geleidelijk - lijkt contra-intuïtief. Hoe kan dat ooit waar zijn? We hebben allemaal gehoord dat niets kan ontsnappen aan de zwaartekracht van een zwart gat. Niet eens licht!

Laten we even teruggaan en leren wat zwarte gaten niet zijn. Ze zijn niet niets. Om de kwantumtheorie waar te maken, echt niets is geen ding. Zoals mijn tante graag zegt, "Het is altijd iets." Al denk ik niet dat ze het over zwarte gaten had.

Dus wat is een zwart gat? Het is wat er overblijft nadat een massieve ster sterft. Sterren hebben een enorme massa, wat betekent dat ze ook een sterke aantrekkingskracht uitoefenen. Terwijl een ster actief is, de fusiereacties in de kern komen in evenwicht met de zwaartekracht van zijn massa en de ster behoudt zijn vorm. Maar na verloop van tijd, de brandstof voor fusiereacties begint schaars te worden, en de zwaartekracht begint het touwtrekken te winnen.

Als resultaat, de ster wordt kleiner en dichter. Het begint meer materiaal naar binnen te trekken naar de kern. De kern warmt op als dit gebeurt. Eventueel, je krijgt genoeg energie voor een explosie - de ster wordt supernova. De ster werpt energie en materie met enorme kracht naar buiten, maar de verbruikte kern blijft, massief en dicht.

Dat besteedde kern verdraait ruimte-tijd, erin wegzakken. Het is alsof je een zware bowlingbal op een trampoline legt. Het gewicht van de bal vervormt de trampoline, waardoor het naar beneden duikt. Zwarte gaten doen hetzelfde met ruimte-tijd, alleen doen ze het in meer dan twee dimensies.

Rond de opening van het gat bevindt zich de waarnemingshorizon. Als je eenmaal voorbij deze lijn bent, jij hoort bij het zwarte gat. Dat geldt zelfs voor het licht zelf. Maar als dat waar is, hoe kunnen zwarte gaten energie uitstralen? Hoe kon Stephen Hawking gelijk hebben?

De kwantumtheorie vertelt ons dat er zelfs in een zwart gat fluctuerende energievelden zouden zijn. De fluctuaties genereren fotonparen. Vaak, de fotonen vernietigen elkaar, als leden van een jongensband die het touren eindelijk beu zijn geworden.

Maar soms verschijnt het ene foton aan de binnenrand van de waarnemingshorizon terwijl het andere zich aan de buitenrand bevindt. Het binnenste foton is gedoemd en wordt naar beneden getrokken in het zwarte gat. Het pas gescheiden foton aan de buitenrand zoomt uit naar de ruimte. Dit is Hawking-straling. In deze video kun je luisteren naar Neil deGrasse Tyson die Hawking-straling en verdwijnende zwarte gaten uitlegt:

Volgens de hypothese van Hawking, het foton dat in het zwarte gat valt, zorgt ervoor dat het een klein beetje krimpt vanwege negatieve energie. En Hawking stelt ook voor dat een zwart gat informatie vernietigt, iets dat haaks staat op het idee dat de totale hoeveelheid informatie in het universum een ​​constante is.

En nu, Eindelijk, we komen bij het experiment. Experimenteel fysicus Jeff Steinhauer simuleerde een zwart gat in het laboratorium en observeerde wat leek op Hawking-stralingsemissies. Hij creëerde het akoestische zwarte gat met behulp van ultrakoude atomen die virtuele geluidsdeeltjes creëren die fononen worden genoemd. Net zoals een echt zwart gat virtuele fotonen creëert die soms echt worden, het gesimuleerde zwarte gat creëert geluidspakketten.

Wanneer het gesimuleerde zwarte gat een echt paar fononen creëert, men wordt gevangen genomen door een supersonisch gebied en wordt gevangen. Dit is vergelijkbaar met een foton dat wordt opgeslokt door een echt zwart gat, het verminderen van het zwarte gat in het proces.

Het laboratoriumexperiment is geen sluitend bewijs dat Hawking gelijk had. Sommige natuurkundigen denken dat het gelijkstellen van het kunstmatige zwarte gat met een astronomisch zwart gat een te grote sprong is. Het kan zijn dat wat voor de een geldt, voor de ander niet geldt. En de fluctuaties die Steinhauer veroorzaakte, lijken misschien alleen op die in het vacuüm van de ruimte, wat betekent dat de resultaten misleidend kunnen zijn.

Wetenschappers zouden het experiment van Steinhauer moeten repliceren om er zeker van te zijn dat de resultaten geldig zijn. Zelfs dan, het kan even duren voordat de wetenschappelijke gemeenschap in het algemeen klaar is om de resultaten te beschouwen als ondersteuning voor de voorspellingen van Stephen Hawking in de jaren zeventig. Maar het is mogelijk dat we een stap dichter bij een beter begrip van het mysterieuze zwarte gat zijn.