Свет превратился в жидкость, которая имитирует пространство-время

Используя свет для имитации структуры пространства-времени, исследователи могут лучше понять черные дыры и экзотические объекты, которые их имитируют.

Превращая свет в жидкость, а затем используя его для моделирования пространства-времени, исследователи надеются расширить наше понимание черных дыр и других экзотических объектов.

Сверхмассивные космические объекты, такие как черные дыры, очень трудно изучать напрямую, но исследователи могут создавать полезные аналоги в лаборатории, используя квантовые эффекты. Например, ранее исследователи моделировали пространство-время — ткань нашей физической реальности — с помощью чрезвычайно холодных атомов, а затем заселяли его эквивалентами черных дыр.

Теперь Кевин Фальк из Лаборатории Кастлера-Бросселя (LKB) в Париже и его коллеги использовали свет для создания исключительно хорошо контролируемого аналога пространства-времени.

Для этого они поместили свет в небольшую полость, сделанную из отражающего полупроводникового материала, где он отражался между слоями материала и взаимодействовал с электрическими зарядами внутри него. В ходе этого процесса квантовые взаимодействия в конечном итоге превратили свет в жидкое состояние материи.

Команда могла бы использовать лазеры для управления свойствами этой жидкости и формировать ее так, чтобы она имела ту же геометрию, что и пространство-время. Они также могли бы манипулировать ею, чтобы создавать структуры, эквивалентные горизонту черной дыры — краю, за который объекты могут упасть, но никогда не вернуться обратно.

Поскольку их основанную на свете «вселенную» можно было очень хорошо контролировать, Фальк и его коллеги смогли создать не только горизонты событий, но и аналогичные пространственно-временные структуры, которые были бы менее крутыми.

Они надеются использовать эту уникальную симуляцию, чтобы проверить, как излучение Хокинга, которое исходит от черных дыр, меняется в зависимости от крутизны горизонта событий. Однако, чтобы достичь этого, им придется сделать свой эксперимент более холодным и более изолированным, что усилит квантовые эффекты внутри него.

«Эта работа — впечатляющий экспериментальный тур де форс», — говорит Хуан Рамон Муньос де Нова из Мадридского университета Комплутенсе, который участвовал в первом измерении излучения Хокинга в моделировании черной дыры с использованием ультрахолодных атомов. Он говорит, что новый эксперимент открывает дверь для наблюдений за множеством новых явлений, включая то, как черные дыры вибрируют или «звенят».

Фридрих Кёниг из Университета Сент-Эндрюс в Великобритании говорит, что новая работа продемонстрировала «весьма полезную платформу». Она может проверить новые идеи о гравитации, а также таинственное взаимодействие между гравитационными и квантовыми эффектами.

Одним из самых экстремальных результатов этого эксперимента может стать то, что мы обнаружим, что некоторые наблюдаемые черные дыры на самом деле являются самозванцами, говорит Максим Жаке, также из LKB. Первое изображение черной дыры, полученное с помощью Event Horizon Telescope, определенно выглядит как настоящая вещь, но выглядеть как черная дыра — это не то же самое, что быть ею, говорит он.

Могут ли существовать массивные объекты, которые преломляют свет подобно черным дырам, поэтому выглядят как они на снимках, но не имеют горизонтов событий? Теоретическая работа показала, что это возможно, но эксперименты на основе света могут изучить эту возможность более подробно, говорит Жаке.

«Нам нужно быть очень осторожными. Даже если у нас есть эти аналоги — есть жидкость и есть черная дыра — эти объекты очень разные», — говорит Фальк. «Но то, что мы делаем в этом эксперименте, — это проверка и игра с теорией, которая используется для черных дыр».

Физические обзорные письма DOI: 10.1103/t5dh-rx6w

Источник: www.newscientist.com