Im Herzen eines Schwarzen Lochs bricht die Physik, wie wir sie kennen, zusammen. Schwerkraft, Raum und Zeit verschmelzen zu einem unentwirrbaren Gewirr und schaffen Bedingungen, die sich unserem Verständnis entziehen. Aber wenn wir kein Schwarzes Loch besuchen können, können wir vielleicht ein Stück davon zur Erde bringen. Ein Forscherteam der Universität Nottingham hat es geschafft und zum ersten Mal einen „Quantenwirbel“ in einer Helium-Superflüssigkeit bei extrem niedrigen Temperaturen erzeugt. Ein bahnbrechendes Experiment (Ich verlinke es hier), die ein Fenster in die tiefsten Geheimnisse des Universums öffnen könnte.
Superfluid, ein Tauchgang ins Unbekannte bei -271°C
Stellen Sie sich vor, Sie tauchen in ein Bad aus flüssigem Helium ein, das auf Temperaturen knapp über dem absoluten Nullpunkt (-273,15 °C) abgekühlt ist. Vergessen Sie bitte nicht Ihr Kostüm. Einmal „durchnässt“, würden Sie entdecken, dass sich Materie auf seltsame und wunderbare Weise verhält und Quanteneigenschaften annimmt, die sich dem gesunden Menschenverstand widersetzen. Und genau unter diesen extremen Bedingungen schufen die Forscher ihr „Mini-Schwarzes Loch“: einen wirbelnden Wirbel im Superfluid, einen Quantentornado, der alles mit sich reißt.
Es war nicht einfach. Bei diesen Temperaturen entwickelt Helium einen angeborenen Widerstand gegen die Bildung großer Wirbel und zerfällt lieber in unzählige winzige „Quanten“, die dazu neigen, sich auszubreiten. Um dieses Hindernis zu überwinden, musste das Team Zehntausende dieser Quanten in einem kompakten Objekt einschließen, was zu einem wirbelnden Fluss von Rekordintensität im Bereich der Quantenflüssigkeiten führte.
Wenn die Raumzeit zu tanzen beginnt (im Superfluid)
Was hat dieses Experiment mit Schwarzen Löchern zu tun? Nun ja, mehr als Sie vielleicht denken. Nach Einsteins allgemeiner Relativitätstheorie sind Schwarze Löcher nicht nur massive Objekte, sondern tatsächliche Verzerrungen der Raumzeit. Und wenn sich ein Schwarzes Loch dreht, reißt es das gesamte Gefüge des Universums mit sich, ein Effekt, der „Frame Dragging“ oder „Lense-Thirring-Effekt“ genannt wird.
Und genau dieses seltsame kosmische Ballett gelang es den Forschern, in ihrem Quantentornado nachzubilden. Die winzigen Wellen, die auf der Oberfläche des Superfluids erzeugt werden, ahmen tatsächlich die Art und Weise nach, wie die Schwerkraft eines rotierenden Schwarzen Lochs die umgebende Raumzeit beeinflusst. Eine faszinierende Parallele, die den Weg zu neuen Studienmöglichkeiten eröffnet.
Durch den Quantenspiegel
Ich möchte es klarstellen, auch wenn jeder, der diese Artikel liest, ohne beim Titel stehen zu bleiben, es genau weiß: Der Heliumwirbel ist kein echtes Schwarzes Loch. Es wird uns weder in seinen Ereignishorizont hineinziehen noch in eine Singularität zerdrücken. Aber es ist ein Modell, eine Linse, durch die wir einige der exotischsten Phänomene im Universum betrachten können.
Er erklärt es gut Silke Weinfurtner, Leiter des Black Hole Laboratory, in dem das Experiment durchgeführt wurde:
Jetzt haben wir mit unserem anspruchsvollsten Experiment die Forschung auf die nächste Ebene gebracht, die uns dazu führen könnte, vorherzusagen, wie sich Quantenfelder in gekrümmten Raumzeiten um astrophysikalische Schwarze Löcher verhalten.
Soll ich versuchen zu übersetzen? Dieser Quantentornado könnte unser Spiegel Alice sein, ein Portal zu einer Welt, in der sich die Gesetze der Physik auf unvorstellbare Weise biegen und verdrehen. Eine Welt, von deren Erkundung wir bis gestern nur träumen konnten.
Schritt für Schritt
Wir stehen erst am Anfang der Reise: Das Nottingham-Experiment ist ein erster, bahnbrechender Schritt zur Simulation der Quantenphysik in gekrümmter Raumzeit. Es wird Jahre, vielleicht Jahrzehnte dauern, bis wir alle gravitativen Launen eines echten Schwarzen Lochs im Labor nachbilden können. Unter der Brücke wird viel Supraflüssigkeit passieren.
Doch jede Reise, auch die längste, beginnt mit einem einzigen Schritt. Und dieser erste Schritt hat uns bereits über die Grenzen dessen geführt, was wir für möglich gehalten haben. Wir können dem Unbekannten in die Augen schauen und vielleicht beginnen, es zu verstehen.
Vielleicht gelingt es uns eines Tages, echte „Schwarze Löcher im Reagenzglas“ zu erschaffen, die alle Geheimnisse und Wunder dieser kosmischen Titanen im kleinen Maßstab nachbilden. Vielleicht lernen wir, durch die Strömungen der Raumzeit zu navigieren und am Rande des Ereignishorizonts zu tanzen.
Bis ins Unendliche und darüber hinaus, oder?
