Звуковая черная дыра - Sonic black hole

А звуковая черная дыра, иногда называемый тупая дыра, это явление, в котором фононы (звуковые возмущения) не могут выйти из жидкости, которая течет быстрее, чем местные скорость звука. Их называют звуковыми или акустическими черными дырами, потому что эти захваченные фононы аналогичны свету в астрофизических (гравитационных) условиях. черные дыры. Физики заинтересованы в них, потому что они обладают многими свойствами, подобными астрофизическим черным дырам, и, в частности, излучают фононную версию Радиация Хокинга.[1][2] Граница звуковой черной дыры, на которой скорость потока изменяется с большей скорости звука на меньшую, чем скорость звука, называется границей. горизонт событий. В этот момент частота фононов приближается к нулю.[нужна цитата ]

Вращающаяся звуковая черная дыра была использована в 2010 году для проведения первых лабораторных испытаний сверхизлучение, процесс извлечения энергии из черной дыры.[3]

Звуковые черные дыры возможны, потому что фононы в идеальные жидкости проявляют те же свойства движения, что и поля, такие как гравитация, в пространстве и времени.[1] По этой причине система, в которой может быть создана звуковая черная дыра, называется аналог гравитации. Для создания акустического горизонта событий можно использовать практически любую жидкость, но вязкость большинства жидкостей создает случайное движение.[нужна цитата ] что делает практически невозможным обнаружение таких объектов, как излучение Хокинга. Сложность такой системы сделает очень трудным получение каких-либо знаний о таких особенностях, даже если они могут быть обнаружены.[4] Было предложено использовать множество почти идеальных жидкостей для создания звуковых черных дыр, таких как сверхтекучий гелий, одномерный вырожденный Ферми-газы, и Конденсат Бозе – Эйнштейна. Аналоги гравитации, отличные от фононов в жидкости, такие как медленный свет и система ионов, также были предложены для изучения аналогов черных дыр.[5] Тот факт, что многие системы имитируют гравитацию, иногда используется в качестве доказательства теории возникающая гравитация, что могло бы помочь примирить относительность и квантовую механику.[6]

Акустические черные дыры были впервые теоретически полезны Уильям Унру в 1981 г.[7] Однако первый аналог черной дыры не был создан в лаборатории до 2009 года. Он был создан в конденсате Бозе – Эйнштейна рубидия с использованием техники, называемой инверсией плотности. Этот метод создает поток, отталкивая конденсат с минимумом потенциала. В поверхностная сила тяжести и температура звуковой черной дыры были измерены, но не было предпринято никаких попыток обнаружить излучение Хокинга. Однако создатели этого эксперимента предсказали, что эксперимент подходит для обнаружения, и предложили метод, с помощью которого это можно было бы сделать. генерация фононы.[8] В 2014 году те же исследователи наблюдали самоусиливающееся излучение Хокинга в аналоговом лазере на черной дыре.[2]

Смотрите также

Примечания

  1. ^ а б Виссер, Мэтт (1998). «Акустические черные дыры: горизонты, эргосферы и излучение Хокинга». Классическая и квантовая гравитация. 15 (6): 1767–1791. arXiv:gr-qc / 9712010. Bibcode:1998CQGra..15.1767V. Дои:10.1088/0264-9381/15/6/024. S2CID  5526480.
  2. ^ а б Штайнхауэр, Джефф (2014). «Наблюдение самоусиливающегося излучения Хокинга в аналоговом лазере на черной дыре». Природа Физика. 10 (11): 864–869. arXiv:1409.6550. Bibcode:2014НатФ..10..864С. Дои:10.1038 / nphys3104. S2CID  26867033.
  3. ^ Торрес, Тео; Патрик, Сэм; Кутан, Антонин; Рихарц, Маурисио; Тедфорд, Эдмунд В .; Вайнфуртнер, Силке (2017). «Вращательное сверхизлучательное рассеяние в вихревом потоке». Природа Физика. 13 (9): 833–836. Bibcode:2017НатФ..13..833Т. Дои:10.1038 / nphys4151. S2CID  119209800.
  4. ^ Яннес, Гил (2009). «Эмерджентная гравитация: парадигма BEC». arXiv:0907.2839. Bibcode:2009ФДТ ....... 109J. Цитировать журнал требует | журнал = (помощь)
  5. ^ Хорстманн, Биргер; Шютцхольд, Ральф; Резник, Бенни; Фаньокки, Серена; Чирак, Дж. Игнасио (2011). «Излучение Хокинга на ионном кольце в квантовом режиме». Новый журнал физики. 13 (4): 045008. arXiv:1008.3494. Bibcode:2011NJPh ... 13d5008H. Дои:10.1088/1367-2630/13/4/045008.
  6. ^ Яннес, Гил (2009). «Эмерджентная гравитация: парадигма BEC». arXiv:0907.2839. Bibcode:2009ФДТ ....... 109J. Цитировать журнал требует | журнал = (помощь).
  7. ^ Унру, В. Г. (1981). «Экспериментальное испарение черной дыры?». Письма с физическими проверками. 46 (21): 1351–1353. Bibcode:1981ПхРвЛ..46.1351У. Дои:10.1103 / PhysRevLett.46.1351.
  8. ^ Лахав, Орен; Ита, Амир; Блюмкин, Алексей; Гордон, Кармит; Ринотт, Шахар; Заяц, Алена; Штайнхауэр, Джефф (2010). «Реализация звукового аналога черной дыры в конденсате Бозе-Эйнштейна». Письма с физическими проверками. 105 (24): 240401. arXiv:0906.1337. Bibcode:2010ПхРвЛ.105х0401Л. Дои:10.1103 / PhysRevLett.105.240401. PMID  21231510. S2CID  45683876.

внешняя ссылка