Juli 23, 2024

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Physiker haben in einem Labor ein Schwarzes Loch simuliert, und dann begann es zu leuchten: ScienceAlert

Physiker haben in einem Labor ein Schwarzes Loch simuliert, und dann begann es zu leuchten: ScienceAlert

Ein Gegenstück zu einem Schwarzen Loch könnte uns ein oder zwei Dinge über die schwer fassbare Strahlung sagen, die theoretisch von der Realität ausgeht.

Mithilfe einer Reihe von Atomen in einer einzigen Spule, um den Ereignishorizont eines Schwarzen Lochs zu simulieren, beobachtete ein Team von Physikern im Jahr 2022 das Äquivalent dessen, was wir Hawking-Strahlung nennen – Teilchen, die aus Störungen der Quantenfluktuationen entstehen, die durch das Eindringen eines Schwarzen Lochs verursacht werden. Freizeit.

Sie sagen, dass dies dazu beitragen könnte, die Spannung zwischen zwei derzeit unvereinbaren Rahmenwerken zur Beschreibung des Universums zu lösen: der allgemeinen Relativitätstheorie, die das Verhalten der Schwerkraft als ein kontinuierliches Feld beschreibt, das als Raumzeit bekannt ist; und die Quantenmechanik, die das Verhalten diskreter Teilchen mithilfe der Wahrscheinlichkeitsmathematik beschreibt.

Für eine einheitliche Theorie der Quantengravitation, die universell anwendbar ist, müssen diese beiden nicht mischbaren Theorien einen Weg finden, irgendwie zusammenzupassen.

Hier kommen Schwarze Löcher ins Spiel, die vielleicht seltsamsten und extremsten Objekte im Universum. Diese massiven Objekte sind so dicht, dass innerhalb einer bestimmten Entfernung vom Massenschwerpunkt des Schwarzen Lochs die Geschwindigkeit im Universum nicht ausreicht, um zu entkommen. Nicht einmal die Lichtgeschwindigkeit.

diese Entfernung, ungleichmäßig Abhängig von der Masse des Schwarzen Lochs wird er als Ereignishorizont bezeichnet. Sobald ein Objekt seine Grenzen überschreitet, können wir uns nur vorstellen, was passiert, da nichts wichtige Informationen über sein Schicksal zurückgibt. Doch 1974 schlug Stephen Hawking vor, dass die durch den Ereignishorizont verursachte Unterbrechung der Quantenfluktuationen zu einer Strahlungsart führt, die der Wärmestrahlung sehr ähnlich ist.

Wenn Hawking-Strahlung existiert, ist sie noch zu schwach, um entdeckt zu werden. Es ist möglich, dass wir es nie aus der Stille des Universums herausholen werden. Aber wir können seine Eigenschaften überprüfen, indem wir in Laborumgebungen Analoga zu Schwarzen Löchern herstellen.

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Dies gab es schon einmal, aber im November 2022 probierte ein Team unter der Leitung von Lotte Mertens von der Universität Amsterdam in den Niederlanden etwas Neues aus.

Die eindimensionale Atomkette diente als Weg dorthin Von einer Position zur anderen „springen“. Durch die Anpassung der Leichtigkeit, mit der dieser Sprung erfolgen kann, können Physiker dafür sorgen, dass bestimmte Eigenschaften verschwinden, wodurch effektiv eine Art Ereignishorizont entsteht, der die wellenartige Natur der Elektronen stört.

Die Auswirkungen des falschen Ereignishorizonts führten zu einem Temperaturanstieg, der mit theoretischen Vorhersagen für ein entsprechendes Schwarzlochsystem übereinstimmte, sagte das Team. Aber nur, wenn ein Teil der Kette über den Ereignishorizont hinausreicht.

Dies könnte bedeuten, dass die Verschränkung von Partikeln, die sich über den Ereignishorizont erstrecken, maßgeblich zur Erzeugung von Hawking-Strahlung beiträgt.

Die simulierte Hawking-Strahlung war über einen bestimmten Bereich von Sprungamplituden nur thermisch, und im Rahmen der Simulationen begannen sie, eine Art Raumzeit zu simulieren, die als „flach“ gilt. Dies deutet darauf hin, dass Hawking-Strahlung möglicherweise nur in einer Reihe von Situationen thermisch ist und wenn sich die Raumzeitkrümmung aufgrund der Schwerkraft ändert.

Es ist nicht klar, was dies für die Quantengravitation bedeutet, aber das Modell bietet eine Möglichkeit, das Auftreten von Hawking-Strahlung in einer Umgebung zu untersuchen, die nicht von der wilden Dynamik der Entstehung Schwarzer Löcher beeinflusst wird. Weil es so einfach ist, kann es in einer Vielzahl experimenteller Umgebungen angewendet werden, sagten die Forscher.

„Dies könnte den Weg ebnen, grundlegende Aspekte der Quantenmechanik zusammen mit der Schwerkraft und der gekrümmten Raumzeit in verschiedenen Umgebungen kondensierter Materie zu erforschen.“ Die Forscher schrieben.

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Die Forschung wurde veröffentlicht in Forschung zur körperlichen Überprüfung.

Eine Version dieses Artikels wurde erstmals im November 2022 veröffentlicht.