Stephen Hawking is zo’n icoon van de wetenschap geworden dat je bijna zou vergeten dat hij de fysica ook verrijkt heeft met diepe inzichten. Een van de beroemdste stamt uit 1974: een zwart gat is niet helemaal zwart. Hawking besefte dat ook dit ultieme hemellichaam straling afgeeft.

Het idee staat nog altijd en het is ook zeker een Nobelprijs waard, ware het niet dat Stockholm graag bewijzen ziet. En daar zit een probleem. Hawking-straling is zo zwak dat het nog wel enige jaren zal duren voordat het gemeten kan worden. Als dat ooit al lukt.

Glasblokje
Maar nu gloort er hoop voor het genie in de rolstoel. Italiaanse fysici claimen dat ze een analogon voor de straling hebben geregistreerd in hun laboratorium. Een krachtige pulslaser en een speciaal glasblokje waren voldoende om de benodigde randvoorwaarden van een zwart gat te creëren.

Het artikel waarin de Italianen hun successen beschrijven staat op de nominatie om in Physical Review Letters te verschijnen. Maar het is al in te zien op de site ArXiv.org en daar heeft het al een stevig debat losgemaakt. Telt dat wel, zo’n namaak zwart gat?

Een echt zwart gat is een slokop. Alles wat te dicht in de buurt komt, of het nu materie is of licht, verdwijnt er definitief in. De grens waarna terugkeer niet meer mogelijk is, is een (denkbeeldige) bolschil om het centrum van het zwarte gat en staat bekend als de waarnemingshorizon.

Deeltjespaar
Dit wordt allemaal beschreven door de algemene relativiteitstheorie van Albert Einstein. Het geniale van Hawking was dat hij er die andere grote theorie uit de fysica bijhaalde, de kwantumtheorie, ooit bedoeld voor de wereld van het allerkleinste, atomen en elektronen.

Volgens de kwantumtheorie kunnen er spontaan uit het niets deeltjesparen ontstaan. Die moeten volgens diezelfde theorie in een mum van tijd ook weer verdwijnen. Maar wat zou er gebeuren, redeneerde Hawking, als zo’n deeltjespaar precies op die waarnemingshorizon ontstaat. Het ene deeltje net erbinnen en het andere net erbuiten? Dan kan het gebeuren dat het ene deeltje wordt opgeslokt en het andere de wijde wereld van het universum intrekt. Een waarnemer registreert deze gebeurtenis alsof het zwarte gat een deeltje heeft uitgezonden.

Zoals gezegd, veel is het niet. De Hawking-straling valt bijvoorbeeld al helemaal weg tegen de kosmische achtergrondstraling. Zelfs in de levensduur van het universum is het massaverlies dat het zwarte gat door de straling lijdt, niet te meten.

Spiegelbeeld
Maar in een laboratorium dus wel. Daar heb je geen zwart gat voor nodig, een waarnemingshorizon is voldoende. En die zijn er, in theorie althans, in allerlei soorten en maten. De Italianen creëerden er eentje in een blokje glas. Dat bombardeerden ze met laserpulsjes waardoor ze de brekingsindex van het glas – lokaal -  veranderden.

Dat vertraagde ook de snelheid van het licht en als ze dat handig deden, kwamen de lichtgolven zelfs tot stilstand. Er ontstond dus een grens waar het licht niet voorbij kon, een soort spiegelbeeld van de  waarnemingshorizon van een zwart gat. Fysici spreken wel van een waarnemingshorizon van een wit gat (en Hawking zelf bewees ooit dat de twee in essentie gelijk zijn).

Het wachten was nu op het fotonenpaar (een foton is een lichtdeeltje) dat aan weerszijden van de horizon was ontstaan. Tussen de vele straling die hun detectoren opvingen, zat zo nu en dan  iets dat de Italiaanse fysici op geen enkele manier konden thuisbrengen. Het was geen fluorescentie, geen Tsjerenkov-straling (bekend van kernreactoren) en ook geen Rayleighverstrooiing (kleurt de hemel blauw). Het moest wel Hawking-straling zijn, stellen ze.

Rekkelijk
Daar is niet iedereen van overtuigd. Je kunt een principe niet bewijzen aan de hand van een analogon, redeneren velen. De vergelijking gaat altijd ergens mank en dat ondermijnt het bewijs.

Anderen zijn iets rekkelijker. Je zou eigenlijk beide fotonen moeten registreren, zeggen zij. Als je kunt laten zien dat ze verstrengeld zijn, en dus ooit een paar hebben gevormd, heb je de essentie van de Hawking-straling te pakken.

En kan Stephen alsnog hopen op een telefoontje uit Stockholm.

Joep Engels