Zvuková černá díra - Sonic black hole

A zvuková černá díra, někdy nazývané a hloupá díra, je fenomén, ve kterém fonony (poruchy zvuku) nejsou schopni uniknout z tekutiny, která teče rychleji než místní rychlost zvuku. Nazývají se zvukové nebo akustické černé díry, protože tyto zachycené fonony jsou analogické světlu v astrofyzikálních (gravitačních) černé díry. Fyzici se o ně zajímají, protože mají mnoho vlastností podobných astrofyzikálním černým dírám a vydávají zejména fononickou verzi Hawkingovo záření.[1][2] Hranice zvukové černé díry, při které se rychlost proudění mění z větší než rychlost zvuku na nižší než rychlost zvuku, se nazývá horizont událostí. V tomto bodě se frekvence fononů blíží nule.[Citace je zapotřebí ]

V roce 2010 byla k prvnímu laboratornímu testování použita rotující zvuková černá díra superradiance, proces, při kterém se energie získává z černé díry.[3]

Zvukové černé díry jsou možné, protože jsou v nich fonony perfektní tekutiny vykazují stejné vlastnosti pohybu jako pole, jako je gravitace, v prostoru a čase.[1] Z tohoto důvodu se systém, ve kterém lze vytvořit zvukovou černou díru, nazývá a gravitační analog. Pro vytvoření horizontu akustických událostí lze použít téměř jakoukoli tekutinu, ale viskozita většiny tekutin vytváří náhodný pohyb[Citace je zapotřebí ] díky čemuž je funkce jako Hawkingovo záření téměř nemožné detekovat. Složitost takového systému by velmi ztěžovala získání jakýchkoli znalostí o takových funkcích, i kdyby je bylo možné detekovat.[4] Mnoho téměř dokonalých tekutin bylo navrženo pro použití při vytváření zvukových černých děr, jako např supratekutý hélium, jednorozměrný zdegenerovaný Fermiho plyny, a Kondenzát Bose – Einstein. Gravitační analogy jiné než fonony v tekutině, jako např pomalé světlo a systém iontů byly také navrženy pro studium analogů černé díry.[5] Skutečnost, že tolik systémů napodobuje gravitaci, se někdy používá jako důkaz teorie vznikající gravitace, což by mohlo pomoci sladit relativitu a kvantovou mechaniku.[6]

Akustické černé díry byly nejprve považovány za užitečné pro William Unruh v roce 1981.[7] První analog černé díry však nebyl v laboratoři vytvořen až do roku 2009. Byl vytvořen v kondenzátu rubidium Bose – Einstein pomocí techniky zvané inverze hustoty. Tato technika vytváří tok odpuzováním kondenzátu s potenciálním minimem. The povrchová gravitace a teplota sonické černé díry byla měřena, ale nebyl učiněn žádný pokus o detekci Hawkingova záření. Vědci, kteří jej vytvořili, však předpovídali, že experiment je vhodný pro detekci, a navrhli metodu, jak by jej bylo možné provést lasování fonony.[8] V roce 2014 stejní vědci pozorovali samovolně se zesilující Hawkingovo záření v analogovém laseru s černou dírou.[2]

Viz také

Poznámky

  1. ^ A b Visser, Matt (1998). "Akustické černé díry: Horizonty, ergosféry a Hawkingovo záření". Klasická a kvantová gravitace. 15 (6): 1767–1791. arXiv:gr-qc / 9712010. Bibcode:1998CQGra..15.1767V. doi:10.1088/0264-9381/15/6/024. S2CID  5526480.
  2. ^ A b Steinhauer, Jeff (2014). "Pozorování samovolně se zesilujícího Hawkingova záření v analogovém laseru s černou dírou". Fyzika přírody. 10 (11): 864–869. arXiv:1409.6550. Bibcode:2014NatPh..10..864S. doi:10.1038 / nphys3104. S2CID  26867033.
  3. ^ Torres, Theo; Patrick, Sam; Coutant, Antonin; Richartz, Maurício; Tedford, Edmund W .; Weinfurtner, Silke (2017). "Rotační superradiantní rozptyl ve vířivém proudu". Fyzika přírody. 13 (9): 833–836. Bibcode:2017NatPh..13..833T. doi:10.1038 / nphys4151. S2CID  119209800.
  4. ^ Jannes, Gil (2009). „Vznikající gravitace: paradigma BEC“. arXiv:0907.2839. Bibcode:2009PhDT ....... 109J. Citovat deník vyžaduje | deník = (Pomoc)
  5. ^ Horstmann, Birger; Schützhold, Ralf; Reznik, Benni; Fagnocchi, Serena; Cirac, J. Ignacio (2011). „Jestřábové záření na iontovém kruhu v kvantovém režimu“. New Journal of Physics. 13 (4): 045008. arXiv:1008.3494. Bibcode:2011NJPh ... 13d5008H. doi:10.1088/1367-2630/13/4/045008.
  6. ^ Jannes, Gil (2009). „Vznikající gravitace: paradigma BEC“. arXiv:0907.2839. Bibcode:2009PhDT ....... 109J. Citovat deník vyžaduje | deník = (Pomoc).
  7. ^ Unruh, W. G. (1981). „Experimentální odpařování černé díry?“. Dopisy o fyzické kontrole. 46 (21): 1351–1353. Bibcode:1981PhRvL..46.1351U. doi:10.1103 / PhysRevLett.46.1351.
  8. ^ Lahav, Oren; Itah, Amir; Blumkin, Alex; Gordon, Carmit; Rinott, Shahar; Zayats, Alona; Steinhauer, Jeff (2010). „Realizace analogu Sonic Black Hole v kondenzátu Bose-Einstein“. Dopisy o fyzické kontrole. 105 (24): 240401. arXiv:0906.1337. Bibcode:2010PhRvL.105x0401L. doi:10.1103 / PhysRevLett.105.240401. PMID  21231510. S2CID  45683876.

externí odkazy