Ein Schwarzes Loch in der labPhoto: Jeff Steinhauer
Physiker haben bestätigt Prognosen von Stephen Hawking Namensvetter Theorie der schwarzen Löcher mit einem schwarzen Loch, die Sie errichteten in Ihr Labor, nach einem neuen Papier.
Dieses schwarze Loch ist nicht wie die schwarzen Löcher im Weltraum, wo die Schwerkraft erzeugt eine region der Raumzeit so verzogen, dass das Licht nicht entfliehen kann. Stattdessen werden die Forscher Bauten ein Schwarzes Loch analog mit einem seltsamen quantum material namens Bose-Einstein-Kondensat, in dem der point of no return ist für den sound eher als das Licht. Dennoch ist es eine wichtige Prüfung Hawking ‘ s Arbeit.
“Ich bin daran interessiert, zu lernen, was wir können, um echte schwarze Löcher und die Reale Schwerkraft,” Studie Autor Jeff Steinhauer, Physiker am Technion-Israel Institute of Technology, sagte Gizmodo.
Stephen Hawking-das Wahrzeichen der Theorie ist die sogenannte Hawking-Strahlung. Wenn man versucht, die physikalischen Gesetze, die Hitze zu schwarzen Löchern, erkannte er, dass schwarze Löcher muss emittieren Strahlung, die von Ihren Oberflächen. Der Mechanismus markiert eine Kombination von Quantenmechanik (die Wissenschaft von den kleinsten Dingen) mit der Schwerkraft (die Wissenschaft von den Wechselwirkungen zwischen den die meisten großen Dinge). Aber die Astronomen nicht in der Lage, peer-nahe genug, um ein Schwarzes Loch zu beweisen oder zu widerlegen die Theorie. Einige Wissenschaftler haben stattdessen drehte sich um Analoga im Labor.
Die Wissenschaftler erstellten eine längliche Bose-Einstein-Kondensat durch abfangen von 8.000 rubidium-Atome in einem fokussierten Laserstrahl. Bose-Einstein-Kondensate sind Systeme der ultra-kalten Atomen in denen Sie von seltsamen Quanten-physikalischer Phänomene sichtbar gemacht werden, die auf größeren Skalen. Sie werden Häufig verwendet, für analog-Art-Experimente wie diese.
Ein zweiter laser erhöht die potentielle Energie auf der einen Seite des Bose-Einstein-Kondensat, so dass es dichter an die Seite. Einen scharfen übergang trennt sich der dichtere Bereich (außerhalb des schwarzen Loches) und der weniger dichten Fläche (im schwarzen Loch). Dieser übergang verschiebt sich mit konstanter Geschwindigkeit durch das Kondensat, aber aus der Sicht der Experimentatoren scheint es, stationäre; stattdessen sieht es so aus als wenn alle die rubidium-Atome sind in Bewegung. Außerhalb des schwarzen Loches in die dichtere region, die Geschwindigkeit, der sound ist schneller als die Geschwindigkeit der Strömung, also Schallwellen bewegen kann in jede Richtung gedreht werden. Aber in den weniger dichten region—im schwarzen Loch—die Schallgeschwindigkeit ist langsamer, so dass die Schallwellen nur Reisen von dem scharfen übergang und weiter in das schwarze Loch, wie beschrieben in dem Papier, veröffentlicht in der Natur.
Das experiment imitiert eine der wichtigsten Eigenschaften der black-hole—außerhalb des schwarzen Loches, das Licht kann entweder Weg von oder in das schwarze Loch. Aber sobald Sie in das schwarze Loch, es nicht entweichen kann. Labor analoge ersetzt Licht mit Klang, und die Forscher Messen können Schallwellen von innen und außen innerhalb Ihres schwarzen Lochs “event horizon”. Das signal von der Hawking-Strahlung ist eine Korrelation zwischen diesen beiden Arten von Wellen.
Steinhauer team zuvor beobachtet, Hawking-Strahlung, die in diesem system wieder in 2016. Aber dieses mal herum, Sie mindestens 21 Verbesserungen des Systems, um zu Holen ein besseres signal. Dies war genug, um zu ziehen, der wichtige Informationen über das system der Strahlung, nämlich, dass es ein thermisches Spektrum mit einer Temperatur bestimmt, die nur durch das system Analog entspricht der Schwerkraft, die eine Beziehung zwischen der Geschwindigkeit, sound und flow. Dies bedeutet, dass es emittiert ein kontinuierliches Spektrum von Wellenlängen, sondern als bevorzugte Wellenlängen. Diese Beobachtungen und die Temperaturen waren genau wie vorhergesagt in Hawkings Theorien.
“Die Art und Weise sehe ich es, was wir sahen, war, dass Hawkings Berechnungen korrekt waren,” Steinhauer sagte. Durch die richtige, er bedeutet, dass Sie eine Reale Wirkung, dass passiert in diesen Arten von Systemen. Ob Sie gerade in echten schwarzen Löchern im Weltraum, naja, wir nicht mehr ganz wissen noch. Aber Sie zeigen, dass, wenn Hawking war richtig, dann alle Informationen, die in ein Schwarzes Loch fällt ist verloren, das Thema eine wichtige schwarze-Loch-Paradoxon.
Mathematiker Silke Weinfurtner an der Universität von Nottingham in Vereinigtes Königreich, schrieb in einem Nature-Kommentar , dass die Forschung war “vielversprechend” und dass die Regelung, verwendeten die Forscher extrahieren die Temperatur der Strahlung war “clever.” Vielleicht, schrieb Sie, die setup-nützlich bei der Messung andere interessante Quanten-Phänomen dürfte auftreten, in der Nähe des schwarzen Lochs ist der Ereignishorizont.
Diese Forschung ist ein weiteres Beispiel von Wissenschaftlern, die Analoga für den Zugriff auf physikalischen Phänomenen, die sonst unmöglich zu beobachten. Es kann als eine wichtige überprüfung der Theorien, die Fahrt, die unser Verständnis von unzugänglichen Dinge.
Als Nächstes hoffen die Forscher, immer wieder wiederholen Sie das experiment, um zu bestimmen, wie diese Hawking-Strahlung im Laufe der Zeit ändert. Und wer weiß, vielleicht werden wir eines Tages wirklich in der Lage zu Messen, diese Eigenschaften im eigentlichen schwarzen Löcher.
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