Der er lavet lys til en væske, der simulerer rumtid

Ved at bruge lys til at efterligne strukturen i rumtid kan forskere bedre forstå sorte huller-og de eksotiske genstande, der efterligner dem

Forskere kan skabe strukturer analoge med sorte huller i laboratoriet

Ved at manipulere lys til en fluidlignende form og derefter bruge det til at simulere rumtid håber forskere at låse vores forståelse af sorte huller og andre eksotiske genstande.

Supermassive kosmiske genstande, såsom sorte huller, er meget vanskelige at studere direkte, men forskere kan konstruere nyttige analoger i laboratoriet ved hjælp af kvanteeffekter. For eksempel simulerede forskere tidligere rumtid-stoffet i vores fysiske virkelighed-ved hjælp af ekstremt kolde atomer og derefter befolket det med ækvivalenterne af sorte huller.

Nu har Kévin Falque på Kastler-Brossel Laboratory (LKB) i Paris og hans kolleger brugt lys til at skabe et usædvanligt godt kontrolleret rumtidsanalog.

For at gøre dette begrænsede de lys i et lille hulrum lavet af et reflekterende halvledermateriale, hvor det sprang mellem lagene i materialet og interagerede med elektriske ladninger deri. Under denne proces gjorde kvanteinteraktioner i sidste ende lyset til en væskelignende stofstilstand.

Holdet kunne bruge lasere til at kontrollere egenskaberne ved denne væske og skulpturere det for at have den samme geometri som rumtid. De kunne også manipulere det for at skabe strukturer svarende til horisonten af ​​et sort hul – kanten, som genstande kan falde over, men aldrig vende tilbage fra.

Fordi deres lysbaserede “univers” kunne kontrolleres ekstremt godt, kunne Falque og hans kolleger ikke kun skabe begivenhedshorisonter, men også lignende rumtidsstrukturer, der er mindre stejle.

De håber at bruge denne unikke simulering til at teste, hvordan Hawking -stråling, der stammer fra sorte huller, ændrer sig med begivenhedshorisontens stejlhed. For at komme dertil bliver de dog nødt til at gøre deres eksperiment koldere og mere isolerede, hvilket vil øge kvanteeffekterne inden for det.

”Arbejdet er en imponerende eksperimentel turné de force,” siger Juan Ramón Muñoz de Nova ved Complutense University of Madrid, der var involveret i den første måling af Hawking -stråling i en sort hulsimulering ved hjælp af Ultracold -atomer. Han siger, at det nye eksperiment åbner døren for observationer af en række nye fænomener, herunder hvordan sorte huller vibrerer eller “ring”.

Friedrich Koenig ved University of St. Andrews i Storbritannien siger, at det nye værk demonstrerede “en mest nyttig platform”. Det kunne teste nye ideer om tyngdekraften såvel som det mystiske samspil mellem gravitations- og kvanteeffekter.

Et af de mest ekstreme resultater af dette eksperiment kan være, at vi opdager, at nogle observerede sorte huller faktisk er impostorer, siger Maxime Jacquet, også på LKB. Det første billede af et sort hul, der er taget af Telescope til begivenhedshorisonten, ligner bestemt den rigtige ting – men det er ikke det samme at se et sort hul ud som værende, siger han.

Kunne der være massive genstande, der bøjer lys som sorte huller, så ligner dem i billeder, men ikke har begivenhedshorisonter? Teoretisk arbejde har vist, at dette er muligt, men lysbaserede eksperimenter kan muligvis undersøge denne mulighed yderligere, siger Jacquet.

”Vi er nødt til at være super forsigtige. Selvom vi har disse analoger – der er en væske, og der er et sort hul – er disse genstande super forskellige,” siger Falque. ”Men hvad vi laver i dette eksperiment er at teste og lege med den teori, der bruges til sorte huller.”