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1972 년 옥스포드 대학교에서 열린 강의에서 윌리엄 Unruh라는 젊은 물리학자가 관객에게 물고기가 폭포 위로 떨어지면서 비명을 지르는 것을 상상해달라고 요청했습니다. 이 가상의 캐스케이드에서 물이 너무 빨리 떨어져서 길을 따라 특정 지점에서 소리의 속도를 초과합니다. 물고기 가이 지점을 지나가면 물이 소리가 튀어 나올 수있는 것보다 더 빨리 비명을 지르며, 위의 강에있는 친구들은 더 이상 물고기를들을 수 없습니다.
.비슷한 일이 발생한다고 Unruh는 블랙홀에 빠질 때 설명했습니다. Albert Einstein의 일반적인 상대성 이론에 따르면이 매우 밀도가 높은 물체 중 하나에 접근하면 공간과 시간의 직물이 점점 더 곡선화됩니다. "이벤트 수평선"으로 알려진 반환이없는 시점에서 시공간 곡률은 너무 가파르면 신호가 더 이상 외부 세계로 올라갈 수 없습니다. 이벤트 수평선 내에서 블랙홀의 중력에 의해 빛조차도 포로로 잡혀 블랙홀을 보이지 않습니다.
Unruh의 대화 이후 몇 년 동안, 일반 상대성과 양자 역학, 현대 물리학의 두 기둥 인 일반 상대성과 양자 역학이 역설에서 만나고 무너지는 블랙홀은“양자 중력”이라는 모든 것을 포괄하는 이론을 찾기 위해 모호함에서 leitmotif가되었습니다. 한편, Unruh의 음향 비유는 그가 처음 생각했던 것보다 더 잘 작동하는 것으로 밝혀졌습니다. 1981 년 정상 논문에서 그는 폭포와 같은 시스템의 블랙홀 이벤트 지평과 음파 지평 (현재 소닉 블랙홀이라고 함)은 동일한 방정식으로 설명 할 수 있음을 보여 주었다. 밴쿠버에있는 브리티시 컬럼비아 대학교 (University of British Columbia)의 교수 인 Unruh는“놀라운 수학적 유사성”을 고려할 때“한 시스템을 실제로 이해하면 다른 시스템에 대한 통찰력을 줄 것이라는 느낌을받습니다.”
연구원들은 실제 블랙홀에 대한 단서를 위해 소닉 블랙홀의 물리학을 배관하기 시작했습니다. 그리고 최근 몇 년 동안 그들은 실험실에서 소닉 블랙홀을 만들고 점점 더 정교한 아날로그 실험을 시작했습니다. 지난 여름, 이스라엘 하이파에있는 테크니언의 제프 스타인 하우어 (Jeff Steinhauer)는 궁극적 인 발견을보고했다.
블랙홀이 열을 방출하고 결국 증발한다는 호킹의 예측은 심오한“정보 역설”을 일으킨다. 호킹의 계산에 따르면이 정보는 블랙홀에 들어갈 때 본질적으로 우주에서 유출된다는 것을 시사합니다. 이 경우 정보를 우주의 기본적으로 파괴 할 수없는 통화로 취급하는 양자 역학의 틀은 포기해야합니다. 그러나 대부분의 물리학 자들이 믿는 것처럼 정보가 보존되면 호킹의 예측이 잘못되며 양자 중력 이론에 대한 임무는 그의 논리의 결함을 드러내는 것입니다. 정보 역설은“양자 중력을 이해하기 위해 우리가 직면 해야하는 것에 대한 도전을 날카롭게했다”고 버클리의 캘리포니아 대학교의 이론적 물리학자인 라파엘 부스 소는 호킹의 프로테제였다.
모든 중요성에 대해 Hawking의 계산은 직접 테스트 할 수 없습니다. 실제 블랙홀로부터의 방사선은 너무 희미 해져서 감지하기에는 너무 희미하다. 소닉 블랙홀에서 유사한 효과를 측정합니다.이 경우 소닉 지평에서 바깥쪽으로 방출하는 양자 단위는 머리에 오랜 질문을 가져옵니다. 음파 블랙홀이 블랙홀의 진정한 유사체입니까? 보다 구체적으로, Steinhauer의 연구 결과는 Hawking의 계산을 간접적으로 검증하여 정보가 블랙홀에서 손실된다는 것을 증명합니까?
“커뮤니티의 모든 사람들은‘와우, 훌륭한 실험!’이라고 말하고 있습니다.”스코틀랜드 에딘버러에있는 Heriot-Watt University의 물리학자인 Daniele Faccio는 또한 아날로그 블랙홀을 연구합니다. “하지만 많은 사람들이‘무슨 뜻입니까?’라고 말하는 것 같습니다.
일부 연구자들은 Steinhauer의 실험에서 호킹 방사선에 대한 간접적 인 증거를 봅니다. 지난달 온라인으로 게시 된 논문에서 영국 브리스톨 대학교의 물리학 자 전환-필로 필로 필로토퍼 카림 테베 (Karim Thebault)는“아날로그 블랙홀은 천체 물리적 블랙홀을 위해 '서있다'고 주장했다. 다른 사람들은 붉은 청어를 본다. 하버드 대학교의 이론적 물리학자인 다니엘 할로우 (Daniel Harlow)는 실험을“블랙홀에 대해 우리에게 아무것도 가르치지 않을 것”이라는 실험“재미있는 공학의 업적”이라고 간주했다.
.어떤 해석이 올바른지에 대한 질문은 42 년 전 호킹의 계산이 우주에 대해 밝혀진 것에 달려 있습니다.
놀랍게도, 그는 블랙홀이 검은 색이 아니라는 것을 보여주었습니다. 임의의 양자 지터는 그들을 빛나게 만듭니다. 시공간의 어느 곳에서나 "가상"입자 쌍은 끊임없이 발생하고 상호 전멸됩니다. 호킹은이 쌍이 블랙홀의 수평선을 가로 질러 발생하면 파트너가 탈출하는 동안 하나의 가상 입자가 빨려 들어가서 상호 파괴를 막는 것을 깨달았습니다. 탈출 된 입자는 실제가되어 블랙홀의 중력장에서 업그레이드하는 데 필요한 에너지를 훔칩니다. 한편, 낙하 입자는 음의 에너지를 얻어 블랙홀의 에너지를 낮 춥니 다. 따라서, 한 번에 방사선 입자 중 하나, 블랙홀은 존재에서 깜박 거리고 궁극적으로 추적을 남기지 않습니다. 호킹의 계산은 방사선이 "열"이며, 블랙 홀을 형성 한 붕괴 된 별에 대한 세부 사항을 인코딩하지 않는 특징이없고 무작위로 에너지로 구성된 것으로 나타났습니다.
거기에는 역설이 있습니다. 양자 역학에 따르면, 우주에서 가능한 모든 입자 상태의 확률은“단위”를 존중해야하며, 이는 우주의 과거 상태가 원칙적으로 현재 상태에서 되감기에 의해 독특하게 결정될 수있는 방식으로 진화해야한다. 그러나 블랙홀이 호킹 방사선의 특징이없는 가스로 증발 할 때 정보가 손실되면, 우주의 과거는 현재로부터 수집 할 수 없으며 양자 역학이 무너집니다.
또는 아마도 호킹이 잘못되었을 것입니다.
그의 계산을하기 위해, 그는 주요한 가정을했다. 일반 상대성 이론에 의해 설명 된 바와 같이 시공간은 블랙홀의 수평선에서 매끄럽고 연속적이라는 점을했다. 물리학 자들은 이것이 근사치라고 믿는다. 아인슈타인의 시공간 연속체에서 충분히 확대하고보다 근본적인 양자 형태의 중력이 나타납니다. 그러나 양자 중력은 반드시“특이성”으로 알려진 블랙홀의 초 고밀도 센터 근처에서 중요 해지는 반면, 호킹은 중력이 비교적 온화한 수평선의 양자 변동에 대한 그의 설명 에서이 짧은 중단 물리학에 대해 글을 쓸 수 있다고 가정했다. 일반적인 상대성 이론에 따르면, 시공간의 경사는 전형적인 초대형 블랙홀 (많은 은하계의 중심에있는 것과 같은)의 수평선에서 충분히 부드럽습니다.
1981 년 Unruh는 Hawking의 근사 체계가 유체에도 적용될 수 있음을 발견했습니다. 시공간과 마찬가지로, 유체는 별개의 원자로 만들어졌지만 대규모로 연속적으로 보입니다. Unruh는 입자 쌍이 시공간 내외에서 변동하는 것처럼,“포논”이라고 불리는 진동이 음량의 양자 단위가 유체 전체에 나타나야 함을 보여 주었다. 그리고 음파 블랙홀의 음파 수평선 근처에서 한 쌍의 조음이 생길 때, 그들은 렌치를 렌치하고 영구적으로 렌더링되어 호킹 방사선의 음파 아날로그를 생성해야합니다.
이것은 Jeff Steinhauer가 8 월에 자연 물리학에서보고 한 현상입니다. 그는 2009 년부터 그의 실험을 뚫고 나온 후“독점적으로 매일 하루 종일”라고 말했다. 그는 초냉증 루비듐 원자에서 "보스-유인 슈타인 응축수"라고 불리는 이국적인 액체를 만들었습니다. 그는 그것을 흐르고, 레이저로 흐름 경로를 따라 유체 부분을 zp으며 초음속 속도로 가속화하고 음파 지평을 만듭니다. 마지막으로 Steinhauer는이 지평의 양쪽에있는 포논 쌍 사이의 양자 얽힘을 측정했습니다.
이 결과는 소닉 블랙홀의 경우 유체 근사가 작동 함을 확인합니다. "문제는 근사치가 얼마나 관련이 있습니까?" 독일 뮌헨에있는 Ludwig Maximilian University의 물리 철학자 인 Stephan Hartmann은 말했다. 소닉 블랙홀이 진정한 아날로그 역할을한다면 호킹의 근사치가 정확하고, 이벤트 수평선은 사건이없는 장소이며, 정보가 블랙홀로 파괴되므로 양자 역학의 확률 론적 규칙은보다 기본적인 프레임 워크로 대체되어야합니다. 호킹의 근사가 잘못되면 소닉 블랙홀은 블랙홀에 좋은 프록시가 아니며 양자 중력은 어떻게 든 블랙홀이 방사선에서 블랙홀 역사를 인코딩하여 블랙홀이 증발하는 정보를 보존 할 수 있습니다.
Unruh는 Hawking의 근사가 정확하다고 생각합니다. 2005 년 독일의 두이즈 버그 에스 센 대학교의 그와 Ralf Schützhold는 단거리 물리학의 세부 사항에 대해 어떤 이론적 가정을했는지에 관계없이 매 킹 방사선이 소닉 블랙홀과 실제 블랙홀 모두에서 강력한 이론적 예측으로 일관되게 나왔음을 보여 주었다. 시공간 또는 유체의 소규모 특성은 계산의 결과에 영향을 미치지 않았으며, 호킹의 근사치가 중요한 것보다 비영리하지 않았 음을 시사합니다. Unruh는 이것을 양자 중력으로 인한 영향이 매를 수정하고 정보를 구출 할 수 없다는 것을 의미한다고 해석합니다. 그의 견해로는 Steinhauer의 결과는“이 열 방사선은 정말 강력한 현상”이라는 증거를 추가하여“정보가 손실됩니다.”
.그러나 대부분의 양자 중력 연구원들은 2000 년대에 캠프를 전환 한 호킹을 포함하여 정보가 보존된다고 생각합니다. 그들의 관점에서, 소닉 블랙홀에서 유사체에서 호킹 방사선에 대한 방사선은 진정한 블랙홀에 대해 아무 말도하지 않습니다. 두 사람은 범주 적으로 다르기 때문입니다. 소닉 블랙홀의 경우 유체 근사가 정확하지만 블랙홀 이벤트 지평에서는 시공간이 거의 매끄럽지 않아야합니다. 어떻게 든, 양자 중력은 지평을 수정합니다. 그리고 그것은 극도의 방식으로 그렇게해야합니다. Bousso는“우리는 큰 무언가가 제공 해야하는 상황에 처해 있습니다. "하지만 우리는 여전히 일반 상대성 이론을 지평선으로 대체 할 내용을 정확히 알지 못합니다."
일부 생각 실험에 따르면 블랙홀은 모든 정보가 수평선에 석고로 채워져있는 빈 껍질 일 수 있으며 홀로그램처럼 다른 우주로 바깥쪽으로 투사 할 수 있습니다. 이 경우 블랙홀에 빠지는 물고기가 폭포 위로 뛰어 들고 창문에 튀어 나오는 버그처럼 덜됩니다.
대다수의 의견으로는, 소닉 블랙홀과의 비교는 이상한 블랙홀과 양자 중력 이론이 얼마나 강화되어야하는지 강화합니다. 이보기를하는 Harlow는 소닉 블랙홀을 블랙홀 아날로그가 아니라 잘못된 방정식을 실행하는 컴퓨터 시뮬레이션과 비슷합니다. 양자 중력의 방정식을 시뮬레이션한다면“그러면 나는 당신이 정답을 찾을 것을 기대합니다.”라고 그는 말했다. "현재, 나는 당신에게 어떤 방정식을 줄 지 모르겠습니다."
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