化学

実験室で想起されたブラックホールは、スティーブンホーキングが考えていたのと同じ奇妙なことをします

2024

何かが物理学を引き裂くとき、あなたはに渡ります量子レルム、ブラックホール、ワームホール、その他複数のSF映画のスターとなっているものが住む場所。量子領域に存在するものは、（まだ）存在することが証明されていないか、存在する場合は奇妙な動作をします。

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ブラックホールはしばしばその領域に侵入します。これらの崩壊した星（少なくともそれらのほとんどは）では、宇宙船を飛ばすことは不可能であるため（二度と見たくない場合を除いて）、ある物理学者は、それらに近づくための最良の方法は文字通りの顕微鏡下であると判断しました。ジェフ・スタインハウアーは、ブラックホールが故スティーブン・ホーキングが理論化したように粒子を放射するかどうかを知りたがっていました。これらのリバイアサンの1つは実験室に収まらないため、彼と彼の研究チームはここ地球上に1つ作成しました。

最近発表された研究を共同執筆したSteinhauer氏は、ホーキング放射の音波がどのように出入りするのかを理解する必要があります。 ネイチャーフィジクス、 SYFYWIREに語った。それらは非常にわずかなはずです。実際のブラックホールからのこの放射線を見るのは弱すぎて、他の放射線源によって完全に圧倒されるでしょう。それが私たちがアナログシステムでそれを見たい理由です。

このブラックホールのアナログは、上記のようなNASAの画像に見られるような壮大な渦巻くものとは対照的に、チューブのようなものでした。とにかく、そのようなモンスターのブラックホールの周りの光のショーは、実際にはそれがむさぼり食うすべてのほこりやガスや他の星のものです。 Steinhauerのチームは全体を必要としませんでした降着円盤。彼らは、量子もつれ粒子の1つが事象の地平線ホーキングが予測したように逃げるだろう。量子もつれとは、2つの粒子が時間と空間のどこにいても、まったく同じように動作することを意味します。

ブラックホールが光子を宇宙に放射することを理論化したスティーブンホーキング。クレジット：フレデリックM.ブラウン/ゲッティイメージズ

絡み合った粒子のペアの一方が行き過ぎて事象の地平線を通過したが、もう一方が戻りのないポイントの端にとどまることができた場合、最終的には宇宙に放射されます。これはホーキング放射です。で作られたアナログブラックホールでルビジウムガスでは、研究者たちは、ルビジウム原子が音速よりも速くズームするため、ブラックホールが宇宙で食べる光波の代わりに音波を使用しました。そのため、事象の地平線に到達する音波は逃げることができません。しかし、他の絡み合った音波は事象の地平線の外にあり、そこではガスの流れがはるかに遅く、動き回ることができました。

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スタインハウアー氏によると、ブラックホールの内外で相関関係のあるものを探す必要があったという。ブラックホールの内側に少し波があるたびに、ブラックホールの外側に波があり、それを何千回も繰り返さなければなりませんでした。あなたは内側の波と出てくる波を探し続ける必要があります。

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アナログのブラックホールを撮影したカメラは即座にそれを破壊するので、アナログは何度も何度も作り直さなければなりませんでした。これらはそれぞれ長さが約0.1ミリメートルで、約8,000個の原子でできていました。これがどれほど驚くほど小さいかを正確に理解するために、この文の終わりの期間には少なくとも10億個の原子があります。新しいアナログが作成されるたびに、チームは、一方の波が偶数の地平線に向かって移動し、もう一方の波がすでにそれを通過している音波のペアを見つける必要がありました。ルビジウムガスは音速、宇宙のブラックホールの押しつぶされた重力が差し迫った破滅を意味するのと同じように、これらの音波の1つが発生するのを防ぎました。

繰り返し写真を撮ることが証明したのは、ホーキング放射が一定のままであるということでした。チームは、これらすべての音波のペアがどのように動作するかの間の十分な相関関係を見つけるために、非常に多くのデータを必要としていました。彼らは毎回同じことをしたことがわかったので、ホーキングは正しかった。少なくともこの実験は彼が正しいことを証明した。想像以上に技術的に進んだ望遠鏡で宇宙のブラックホールを研究する方法が見つかるまで、ホーキングのような理論的研究は、これが実際のブラックホールで起こりそうかどうかを裏付ける必要があります。 Steinhauerは、次のようにさらに進んでいきたいと考えています。量子重力。

量子重力を考慮に入れるために、ホーキングの計算を超えたいと彼は言った。一般相対性理論によれば、物体の大きさを知っていれば、通常の重力を理解することができます。量子重力は、他の量子力学システムと同様にランダム性を持っています。また、ホーキング放射が空気分子の散乱音などにどのように類似しているかを確認したいと思います。

ブラックホールの奇妙さ、そしてそれらが時空にとって何を意味するのかは、決して終わりません。