블랙홀은 물리학 자 놀이터입니다. 물리학에서 가장 기괴하고 기본적인 개념을 관찰하고 테스트 할 수있는 곳입니다. 그러나 현재 블랙홀을 직접 관찰 할 방법은 없습니다. 이러한 물질의 신체는 망원경이 감지 할 수 있도록 빛이나 엑스레이와 같은 일종의 방사선을 방출하지 않습니다. 다행히 물리학 자들은 실험실의 블랙홀 조건을 모방하는 방법을 알아 냈으며 블랙홀의 유사체를 만들 때 물리학에서 가장 매혹적인 퍼즐을 풀기 시작했습니다.
.Technion-Israel Institute of Technology의 물리학과의 연구원 인 Jeff Steinhauer는 최근 물리 커뮤니티의 관심을 끌었습니다. 그는 블랙홀이 Hawking Radiation으로 알려진 전자기 방사선을 방출한다는 Stephen Hawking의 1974 년 이론을 확인하기 위해 아날로그 블랙홀을 사용했다고 발표했을 때 물리 공동체의 관심을 끌었습니다. 호킹은이 방사선이 이벤트 수평선에서 입자-항파 쌍의 자발적인 생성으로 인해 발생할 것이라고 예측했다. 호킹 이론의 용어에 따라 입자 중 하나가 사건 지평을 가로 질러 블랙홀에 의해 포착되면, 다른 하나는 우주로 배출됩니다. Steinhauer의 실험은 Hawking의 계산을 지원하는 일종의 자발적인 변동을 보여준 최초의 사람이었습니다.
물리학 자들은 Steinhauer의 블랙홀이 우주에서 관찰 할 수있는 것과 정확히 같지 않기 때문에이 실험은 여전히 천문학적 블랙홀에서 호킹 방사선의 존재를 확인하지 못한다고 경고했습니다. 블랙홀을 형성하는 강렬한 중력장을 만드는 것은 아직 물리적으로 불가능합니다. 대신 아날로그는 사운드를 사용하여 광파를 흡수하는 블랙홀의 능력을 모방합니다.
Steinhauer는“당신과 같은 소리가 강에 대항하여 수영을하려고하는 것과 같으며 강은 수영 할 수있는 것보다 더 빨리 흐르고 있습니다. 그의 팀은 가스 원자 구름을 절대 제로 근처까지 냉각시켜 Bose-Einstein 응축수로 알려진 개체를 만듭니다. 그 가스가 소리의 속도보다 빠르게 흐르도록함으로써, 그들은 사운드 파가 탈출 할 수없는 시스템을 만들었습니다.
Steinhauer의 관찰은 자연 물리학 에 발표되었습니다 8 월 초에 종이. 매킹 방사선을 관찰하는 것 외에도, 그의 실험은 소닉 블랙홀에 의해 방출 된 입자와 그 안의 입자가“얽히게”되었음을 관찰했다는 점에서 중요했습니다. 이는 두 입자가 동시에 에너지 수준과 같은 여러 물리적 상태에있을 수 있으며 한 입자의 상태를 아는 것은 즉시 다른 입자의 상태에 대해 알 수 있음을 의미합니다.
아날로그 블랙홀의 개념은 1980 년대 William Unruh에 의해 제안되었지만 2009 년에는 실험실에서 처음으로 만든 것입니다. 그 이후로 블랙홀 아날로그는 전 세계 과학자들에 의해 채택되었으며, 그 중 많은 사람들이 매 킹 방사선을 관찰하려고 노력하고 있습니다. Steinhauer는 그 전선에서 처음으로 성공했지만 아날로그 시스템은 물리학자가 종이에만 이러한 이론적 시스템에 오랫동안 적용되는 방정식과 원칙을 확인하는 데 유용했습니다. 실제로, 블랙홀 아날로그의 가장 큰 약속은 물리학 자들이 물리학에서 가장 큰 도전 중 하나를 극복하도록 돕는 데있어있을 수 있습니다. 중력을 양자 역학의 원리와 결합하여 아 원자 입자의 행동을 지배했지만 지금까지 중력의 법칙과 호환되지 않았습니다.
다양한 방법이 사용되지만 모든 블랙홀 아날로그의 원리는 동일합니다. 각각은 이벤트 수평선과 마찬가지로 조명 대신에 어떤 진동이 제공되는지, 필요한 속도가 너무 커질 수 있기 때문에 각각은 이벤트 수평선과 마찬가지로 교차 할 수 없다는 점을 가지고 있습니다. 과학자들이 실험실에서 블랙홀을 모방하는 다른 방법은 다음과 같습니다.
유리
2010 년, 밀라노 대학교의 물리학 자 그룹은 블랙홀 아날로그에서 호킹 방사선을 관찰했다고 주장했을 때 물리학 공동체를 아버지로 설정했으며, 이는 강력한 레이저 펄스를 사용하여 실리카 유리로 빛났다. 이 팀의 주장은 물리학 자 윌리엄 Unruh에 대한 의문을 제기했지만, 그들이 관찰 한 방사선은 호킹 방사선보다 훨씬 강렬했으며, 잘못된 방향으로 여행하는 것보다 훨씬 더 강렬했습니다.
이 방법은 실리카로 전송 된 첫 번째 펄스는 유리와 함께 물질에서 빛이 움직이는 속도 인 굴절률을 변화시킬 정도로 강력합니다. 두 번째 펄스가 유리로 들어 오면 굴절률의 이러한 변화로 인해 정지 상태가 느려져 빛이 침투 할 수없는 "수평선"이 생성됩니다. 이런 종류의 시스템은 블랙홀의 반대이며, 빛은 빛이 빠져 나올 수 없으며,“하얀 구멍”이라고 불렀습니다. 그러나 Stephen Hawking에 따르면 흰색 구멍과 블랙홀은 근본적으로 동일합니다. 즉, 동일한 양자 특성을 나타냅니다.
별도의 연구 그룹은 2008 년에 광섬유를 사용하여 유사한 방식으로 하얀 구멍이 생성 될 수 있음을 보여 주었고, 더 많은 실험은 다이아몬드를 사용하여 동일한 종류의 이벤트 지평을 만들고 있는데, 이는 실리카보다 레이저 라이트에 의해 손상 될 가능성이 적습니다.
.Polaritons
Hai Son Nguyen이 이끄는 한 팀은 2015 년에 음향 블랙홀이 폴라디톤을 사용하여 생성 될 수 있음을 입증했습니다. 이는 준 입자로 알려진 이상한 물질 상태로 광자와 광자를 혼합하여 빛이 흥분시키는 재료를 형성했습니다. Nguyen의 팀은 강력한 반도체 인 Gallium Arsenide에서 생성 된 미세한 공동에 고출력으로 레이저를 초점을 맞추고 Polaritons를 만들었습니다. 내부에서 팀은 의도적으로 작은 노치를 만들어 캐비티를 한 곳에서 넓혔습니다. 레이저가 마이크로 캐비티를 강타했을 때, 노치 결함을 향해 흐르는 편광 톤이 방출되었다. 그러나이 흥분된 입자의 흐름이 결함에 도달했을 때, 그들은 속도를 변화시켜 소리의 속도보다 빠르게 움직여서 소리가 빠져 나올 수없는 수평선이 만들어 졌음을 의미합니다.
.팀은 아직이 방법을 사용하여 호킹 방사선을 관찰하지 않았지만, 연구원들은 미래의 실험에서 입자 유체의 밀도 변화를 측정함으로써 현장을 떠나는 입자로 인한 모든 변동이 감지 될 수 있다고 제안합니다. Polaritons를 사용한 다른 실험은 또한 Bose-einstein 응축수로 이들을 냉각시키는 것을 제안했으며, 이는 웜홀의 형성을 시뮬레이션하는 데 사용될 수도 있습니다.
.물
다음에 샤워 할 때 발 사이의 배수구에 소용돌이 치는 물을 내려다보십시오. 블랙홀과 비슷한 것을보고 있다는 사실에 놀랄 것입니다. 노팅엄 대학교 (University of Nottingham)의 실험실에서 Silke Weinfurtner 박사는 중앙에 경사 깔때기가있는 2,000 리터 직사각형 탱크 인“욕조 소용돌이”에서 블랙홀을 시뮬레이션하고 있습니다. 물은 탱크의 상단과 바닥에서 탱크에 공급되어 깔때기와 만나면 와류를 생성하는 물 각도 운동량을 제공합니다. 이 물 유사체에서, 빛의 스탠드 인은 물 표면에 작은 잔물결입니다. 예를 들어, 자갈을이 흐름에 떨어 뜨리고 잔물결이 원에서 멀어지는 것을 보는 것을 상상해보십시오. 이 잔물결이 와류에 가까울수록 방향으로 멀리 떨어진 방향으로 덜 전파 할 수 있습니다. 어느 시점에서,이 잔물결은 더 이상 전파되지 않을 것입니다. 이는 이벤트 지평의 아날로그로 간주 될 수 있습니다. 이 아날로그는 Weinfurtner가 지금 연구하고있는 주제 인 Black Holes 회전에서 발생하는 기괴한 물리학을 시뮬레이션하는 데 특히 유용했습니다.
.Weinfurtner는 이것이 양자 적 의미에서 블랙홀이 아니라고 강조했다. 이 아날로그는 실온에서 발생하므로 고전적인 역학 만 관찰 할 수 있습니다. “더러운 시스템입니다.”라고 그녀는 덧붙였습니다. “그러나 우리는 그것을 조작하고 그것이 수정에 대해 강력하다는 것을 보여줄 수 있습니다. 우리는이 같은 현상이 천체 물리학 시스템에서도 발생하고 있다는 신뢰를 보장합니다.”
Claudia Geib는 보스턴에 본사를 둔 프리랜서 과학 작가입니다. 트위터 @cm_geib에서 그녀를 팔로우하십시오.
리드 사진은 Wikicommons의 제공입니다.
