V Einsteinově teorii obecné relativity jsou černé díry objekty, které svou extrémní gravitací deformují prostor a čas natolik, že z nich neunikne ani světlo. Jsou známé svou „hranicí nevratnosti“, tzv. horizontem událostí. Oproti tomu jejich teoretické protějšky – bílé díry – by měly fungovat opačně: nic nepohlcují, naopak všechno vyvrhují ven. Jenže zatímco černé díry byly už mnohokrát nepřímo pozorovány, bílé díry zůstávají na úrovni matematického konceptu.

A právě tuto fascinující dichotomii se nyní podařilo vědcům přenést z vesmíru do laboratorního měřítka.

Světlo v pasti: optický analog černé a bílé díry

Tým z University of Southampton představil v odborném časopise Advanced Photonics zařízení, které napodobuje vlastnosti obou kosmických jevů. Funguje na principu zvaném koherentní perfektní absorpce – tedy na schopnosti v určitém uspořádání zcela pohltit přicházející světlo. A co je nejzajímavější: podle polarizace buďto světlo zmizí jako v černé díře, nebo je naopak odraženo, jako by narazilo na hypotetickou bílou díru.

Zařízení využívá tenkou vrstvu materiálu a specificky upravené světelné vlny, které vytvoří stojatou vlnu. Tato vlna pak buď dokonale interferuje a zanikne (absorbuje se), nebo se odrazí – podle toho, jak je světlo polarizované.

Zdroj: Shutterstock

Kosmický jev na nanoúrovni

Vedoucí autorka výzkumu, profesorka Nina Vaidya, k tomu uvádí:
„Kosmické jevy, zejména černé díry, fascinují lidstvo po generace. Analogové systémy nám umožňují přenést část těchto vzdálených fyzikálních principů do laboratoří. V mnoha systémech – od galaxií po nanozařízení – se totiž objevují překvapivé podobnosti v matematice i v chování.“

Díky této metodě mohli vědci navrhnout kompaktní optické zařízení, které podle směru a polarizace dokáže světlo buď zcela pohltit, nebo naopak odmítnout. Klíčovou roli hraje geometrická fáze interferujících paprsků a precizní kontrola prostorové koherence.

Vědecký důkaz konceptu

Simulace a praktické experimenty potvrdily, že zařízení se opravdu chová jako analog černé nebo bílé díry – v případě „černé“ konfigurace nedochází k žádnému odrazu, zatímco v „bílé“ variantě se formuje stojatá vlna typická pro úplný odraz.

Jednoduše řečeno: to, co ve vesmíru umožňuje gravitační monstra, zde zajišťuje jemně vyladěná optika a inteligentní manipulace s elektromagnetickými vlnami.

Kam to celé míří? Víc než jen kuriozita

Ačkoliv se může zdát, že jde jen o elegantní fyzikální experiment, realita je mnohem širší. Zařízení, které umí precizně ovládat chování světla, může najít široké uplatnění:

• vysoce účinné detekční systémy
• energetické přeměny (například optimalizace solárních panelů)
• stealth technologie a maskování
• multispektrální optická zařízení
• pokročilé senzory a fotonické obvody

Jak poznamenává Vaidya:
„Náš optický systém nejenže přibližuje kosmickou fyziku laboratořím, ale zároveň vytváří základ pro technologické aplikace, které byly dosud nepředstavitelné.“