Ein „Schwarzer-Loch-Laser“ könnte endlich Licht auf schwer fassbare Hawking-Strahlung werfen

(Mark Garlick/Science Photo Library/Getty Images)

Wissenschaftler kommen dem Erkennen immer näher Hawking-Strahlung – diese schwer fassbare Wärmestrahlung, von der angenommen wird, dass sie von a erzeugt wird schwarzes Loch 's Ereignishorizont. Allerdings ist es schwierig, das Konzept dieser Strahlung zu verstehen, geschweige denn, sie zu finden.

Ein neuer Vorschlag schlägt die Schaffung einer besonderen Art von Quantenschaltung vor, die als „Laser für schwarze Löcher“ fungiert und im Wesentlichen einige der Eigenschaften eines Schwarzen Lochs simuliert. Wie mit vorherige Studien Die Idee ist, dass Experten beobachten und studieren können Hawking-Strahlung ohne wirklich etwas Reales ansehen zu müssen Schwarze Löcher .

Das Grundprinzip ist relativ einfach. Schwarze Löcher sind Objekte, die die Raumzeit so stark verzerren, dass nicht einmal eine Lichtwelle entkommen kann. Tauschen Sie die Raumzeit gegen ein anderes Material (z. B. Wasser) aus und sorgen Sie dafür, dass es schnell genug fließt, sodass die vorbeiziehenden Wellen zu langsam sind, um zu entkommen, und Sie haben ein ziemlich rudimentäres Modell.



Viele Beispiele können auch ein „Weißes Loch“-Äquivalent beinhalten – eine Art rückwärts gerichtetes Schwarzes Loch, in das Wellen nur entweichen, aber nicht eindringen können.

In diesem neuesten Versuch, ein solches zu entwerfen, schlagen Forscher die Verwendung eines Materials mit einer in der Natur nicht vorkommenden Struktur vor, das so konstruiert ist, dass sich die darin enthaltenen Partikel schneller bewegen können als das durchdringende Licht.

Eine Illustration des Schwarzlochlasers im Schaltkreis. (Katayama, Wissenschaftliche Berichte, 2021)

„Das Metamaterialelement ermöglicht es der Hawking-Strahlung, zwischen Horizonten hin und her zu wandern“, sagt der Physiker Haruna Katayama von der Universität Hiroshima in Japan.

Ziel ist es, die Hawking-Strahlung so weit zu verstärken, dass sie gemessen werden kann, und um dies zu erreichen, verwendet Katayama auch die sogenannte Josephson-Effekt – ein Phänomen, bei dem ein kontinuierlicher Stromfluss entsteht, der keine Spannung benötigt.

Mit der Nutzung des Metamaterials und der Hilfe des Josephson-Effekts verspricht dieser Vorschlag, darüber hinauszugehen bisherige Versuche zu theoretisieren, wie ein Schwarzlochlaser aussehen könnte, auch wenn der eigentliche Zusammenbau noch nicht erfolgt ist.

Eine solche Schaltung könnte möglicherweise das sogenannte erzeugen Soliton Die Forschung legt nahe, dass es sich um eine lokalisierte und sich selbst verstärkende Wellenform handelt, die ihre Geschwindigkeit und Form beibehalten kann, bis das System durch äußere Faktoren zusammenbricht.

„Im Gegensatz zu zuvor vorgeschlagenen Lasern für schwarze Löcher verfügt unsere Version über einen Hohlraum zwischen schwarzem Loch und weißem Loch, der innerhalb eines einzelnen Solitons gebildet wird, wobei Hawking-Strahlung außerhalb des Solitons emittiert wird, damit wir sie bewerten können.“ sagt Katayama .

Letztendlich würde das System es ermöglichen, eine Quantenkorrelation zwischen zwei Teilchen – eines innerhalb und eines außerhalb des Ereignishorizonts – mathematisch zu messen, ohne beide gleichzeitig beobachten zu müssen.

Und es wird angenommen, dass Hawking-Strahlung auf diese Weise in Form verschränkter Teilchenpaare entsteht. Seine Entdeckung würde uns einem einheitlichen und kreisförmigen Ansatz näher bringen Theorie von allem , die Quantenmechanik miteinander verbindet und generelle Relativität .

Es bleibt noch eine Herausforderung, diesen Schwarzlochlaser Wirklichkeit werden zu lassen, aber wenn es Wissenschaftlern gelingt, ihn richtig zu konfigurieren, könnte er uns nicht nur die Beobachtung der Hawking-Strahlung ermöglichen, sondern uns auch die Werkzeuge an die Hand geben, um ihn zu steuern, was uns eine ganze Reihe neuer Möglichkeiten eröffnet Möglichkeiten.

„In Zukunft möchten wir dieses System für die Quantenkommunikation zwischen verschiedenen Raumzeiten mithilfe von Hawking-Strahlung entwickeln.“ sagt Katayama .

Die Forschung wurde veröffentlicht in Wissenschaftliche Berichte .

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