Analog svart hull

En svart hullanalog er en modell introdusert av William Unruh i 1981 som skal kartlegge prosessene i et svart hull i form av en analog . Spesielt er målet å muliggjøre forskning på et fenomen som på grunn av dets egenskaper ikke kan observeres direkte (nemlig "svart"). Svartehullsanalogen er et spesielt tilfelle av jakten på analoger av gravitasjon i andre medier, som ble startet av Gordon i 1923 og hovedsakelig ser på elektromagnetiske og akustiske systemer.

Enkelt eksempel

Følgende forenklet (og derfor ikke helt anvendelig) eksempel kan tjene som illustrasjon: I et badekar slippes det fisk som kan svømme med en maksimal hastighet på km / t. Nå trekkes proppen slik at det blir opprettet en vortex ved avløpet, som lar vannet strømme bort med en maksimal hastighet på km / t. Strømningshastigheten synker med avstanden fra avløpet. Hvis nå er høyere enn , kan fisk som kommer for nær avløpet ikke lenger unnslippe suget fordi de svømmer langsommere enn vortexen beveger seg og blir vasket ut. Grensen der utstrømningshastigheten tilsvarer fiskens maksimale svømmehastighet, vil være analog med hendelseshorisonten til et svart hull. Fisk som krysser denne grensen har ingen måte å unnslippe.

Akustisk svart hull analog

Unruh har designet en akustisk analog av det sorte hullet. I væsker bør det være forskjellige strømningshastigheter, som er romlig skilt enten raskere eller langsommere enn lydhastigheten . Grensen tilsvarer igjen begivenhetshorisonten. Støy som oppstår i området med høyere hastighet, vil derfor ikke høres i det andre området. Unruh kalte modellen sin for det svarte hullet i Sonic . En enhetlig betegnelse har ennå ikke etablert seg på tysk, av og til snakk om stumme hull og deres kolleger, duehullene .

I 2000 ble det foreslått å bruke de nylig oppdagede og eksperimentelt meget godt kontrollerbare Bose-Einstein-kondensatene (BEC) som grunnlag for svart hullanaloger. I juni 2009 lyktes forskere ved Technion i Haifa i samarbeid med Jeff Steinhauer å produsere en slik analog i en rubidium- BEC i stedet for i vann. Målet var å bevise den såkalte Hawking-strålingen , som i utgangspunktet ikke lyktes. Oppfølgingseksperimenter i 2014 og 2016 ga sterkere bevis for Hawking-stråling, men tolkningen av resultatene er kontroversiell. I 2019 demonstrerte Steinhauer og kollegaer den termiske naturen til Hawking-stråling i eksperimentet sitt og en sammenheng mellom temperatur og overflatetyngdekraft analog med gravitasjonell Hawking-stråling. Strålingen er i området for lineær spredning som i gravitasjonssaken, og i svarthullanalogen består den også av partnermodus av "negativ energi" som i gravitasjonssaken.

I Penrose-prosessen , som ble spådd i 1969, kan energi utvinnes fra et roterende svart hull gjennom partikler fra ergosfæren . Muligheten for en akustisk analog ble foreslått av Jakow Borissowitsch Seldowitsch allerede i 1971 (spredning av lydbølger på en raskt roterende absorberende sylinder) og eksperimentelt bevist i 2020.

Optisk svart hull analog

I 2008 presenterte den tyske fysikeren Ulf Leonhardt en modell av en optisk svart hullanalog. Ved hjelp av optiske fibre utførte han eksperimenter der analoger av Hawking-stråling også ble observert.

weblenker

  • Franziska Konitzer: Analog gravitasjon. Det svarte hullet i badekaret. I: Spektrum.de. 9. januar 2015 .;
  • Natalie Wolchover: Hva Sonic Black Holes sier om ekte . I: Quanta Magazine . 8. november 2016 (engelsk, quantamagazine.org ).
  • Oren Lahav, Amir Itah, Alex Blumkin, Carmit Gordon, Shahar Rinott, Alona Zayats, Jeff Steinhauer: Realization of a sonic black hole analog in a Bose-Einstein condensate , Arxiv, 2009, documentation of the experiment in English (PDF; 198 kB ).

Individuelle bevis

  1. ↑ Matt Visser: Bibliografi: Analoge modeller av generell relativitet. 28. november 2000, åpnet 25. februar 2018 .
  2. ↑ Luca Bombelli: Black Hole Analogs and Mimickers. University of Mississippi, 31. august 2017, åpnet 25. februar 2018 .
  3. ↑ Dette er kun for illustrasjonsformål, selvfølgelig kan fisken unnslippe ved å svømme over strømningshastigheten.
  4. ^ WG Unruh: Eksperimentell fordampning av sorte hull . I: Phys. Prest Lett. teip 46 , 1981, s. 1351 . , bibcode : 1981PhRvL..46.1351U
  5. ↑ Tilsvarende det hvite hullet i astrofysikk.
  6. ↑ LJ Garay, JR Anglin, JI Cirac, P. Zoller: Sonisk analog av gravitasjonssvarte hull i Bose-Einstein-kondensater . I: Phys. Prest Lett. teip 85 , 2000, s. 4643–4647 , doi : 10.1103 / PhysRevLett.85.4643 , arxiv : gr-qc / 0002015 .
  7. ↑ Oren Lahav, Amir Itah, Alex Blumkin, Carmit Gordon, Shahar Rinott, Alona Zayats, Jeff Steinhauer: Realisering av en sonisk svart hull analog i en Bose-Einsteins kondensat . I: Phys.Rev.Lett. teip 105 , 2010, s. 240401 , doi : 10.1103 / PhysRevLett.105.240401 , arxiv : 0906.1337 .
  8. ^ Sonic Black Hole Traps Sound Waves . ( Memento 7. mai 2012 på internettarkivet ) Discovery.com, 17. juni 2009; en mer omfattende presentasjon på engelsk.
  9. ↑ Jeff Steinhauer: Observasjon av selvforsterkende Hawking-stråling i en analog svarthullslaser . I: Naturfysikk . teip 10 , 2014, s. 864-869 , doi : 10.1038 / nphys3104 .
  10. ↑ Jeff Steinhauer: Observasjon av kvante Hawking-stråling og dens vikling i et analogt svart hull . I: Naturfysikk . teip 12 , 2016, s. 959-965 , doi : 10.1038 / nphys3863 , arxiv : 1510.00621 .
  11. ↑ Davide Castelvecchi: Kunstig svart hull lager sin egen versjon av Hawking-stråling . I: Natur . teip 536 , 15. august 2016, s. 258-259 , doi : 10.1038 / 536258a .
  12. ^ W. Unruh: Eksperimentell fordampning av sorte hull . I: Fysikk i dag . 9. september 2017, doi : 10.1063 / PT.5.2047 (engelsk).
  13. ↑ Gjennomgang: Ulf Leonhardt: Spørsmål om den nylige observasjonen av kvante Hawking-stråling . arxiv : 1609.03803 . og svar: Jeff Steinhauer: Svar på versjon 2 av notatet om observasjon av kvante Hawking-stråling og dens vikling i et analogt svart hull . arxiv : 1609.09017 .
  14. Ram Juan Ramón Muñoz de Nova, Katrine Golubkov, Victor I. Kolobov, Jeff Steinhauer: Observasjon av termisk Hawking-stråling og dens temperatur i et analogt svart hull . I: Natur . teip 569 , nr. 7758 , mai 2019, ISSN  1476-4687 , s. 688–691 , doi : 10.1038 / s41586-019-1241-0 ( nature.com [åpnet 13. september 2020]).
  15. ↑ Marion Cromb, Graham M. Gibson, Ermes Toninelli, Miles J. Padgett, Ewan M. Wright, Daniele Faccio: Forsterkning av bølger fra en roterende kropp. I: Naturfysikk. 22. juni 2020, s. 1–5. Arxiv