Britse wetenschappers simuleren vervormde ruimte-tijd met behulp van een klein zwart gat

Onderzoekers hebben Een zwart gat maakt gebruik van zogenaamde kwantumwervelingen simulatie. met Helium is supervloeibaar Zij hebben daar de structuur van kunnen creëren Het ziet eruit als een zwart gat en heeft ook vergelijkbare fysieke eigenschappen. De resultaten kunnen worden gebruikt om conclusies te trekken over de ruimte-tijdvervormingen van zwarte gaten.

Supervloeistoffen – bijvoorbeeld superkoud (cryogeen) helium – hebben bijzondere eigenschappen, ze kennen bijvoorbeeld geen interne wrijving (viscositeit). Supervloeistoffen kunnen worden bestudeerd in zogenaamde kwantumwervelingen. Het zijn kleine wervels, dat wil zeggen gaten, waarin het superfluïde rond individuele moleculen, lucht of vacuüm, roteert. De supervloeistof zelf kan niet roteren.

Wetenschappers van Universiteit van Nottinghaml King's College Londen En de Universiteit van Newcastle Hij is nu geslaagd in het experiment Een stabiele kwantumtornado van vele kleine onstabiele kwantumwervelingen Om te creëren of te creëren. Hier kun je de zwaartekrachtomstandigheden van roterende zwarte gaten observeren.

Supervloeibaar helium met ongebruikelijke kwantumeigenschappen

Om de zwaartekracht met vloeistoffen te kunnen vergelijken, moet de viscositeit worden geëlimineerd, wat bijvoorbeeld gebeurt bij gekoeld helium. “Dankzij het gebruik van ultravloeibaar helium konden we kleine oppervlaktegolven gedetailleerder en nauwkeuriger bestuderen dan onze eerdere experimenten in water”, legt Dr. Patrick Svankara, Universiteit van Nottingham School of Mathematical Sciences, hoofdauteur van het boek Studie gepubliceerd in Nature.

Omdat de viscositeit van supervloeibaar helium zo klein is, konden we de interactie ervan met de supervloeibare cycloon zorgvuldig bestuderen en de resultaten vergelijken met onze theoretische voorspellingen. – arts. Patrick Savantara, School voor Wiskundige Wetenschappen, Universiteit van Nottingham.

Het team bouwde een cryogeen systeem van een paar liter supervloeibaar helium bij temperaturen onder -271 graden Celsius. Vloeibaar helium bereikt deze temperatuur Macroscopische kwantumeigenschappen zijn buitengewoon. Een vloeistof stroomt bijvoorbeeld langs de rand van een container.

Kwantumwervelingen zijn meestal onstabiel. “Ultrafluïde helium bevat kleine objecten die kwantumwervelingen worden genoemd en die de neiging hebben om van elkaar weg te bewegen”, legt Dr. Patrick Svankara.

In onze opstelling konden we tienduizenden van dergelijke kwanta opsluiten in een compact lichaam dat op een mini-tornado leek, waardoor we een wervelstroom van recordsterkte in de kwantumfluïde wereld bereikten. arts. Patrick Savantara, School voor Wiskundige Wetenschappen, Universiteit van Nottingham.

Onderzoekers ontdekten Overeenkomsten tussen wervelstroom en het zwaartekrachteffect van zwarte gaten op de ruimtetijd eromheen. In de toekomst zouden dergelijke gigantische kwantumwervelingen kunnen worden gebruikt om het complexe gebied van de gekromde ruimte-tijd te simuleren en te bestuderen.

Van wervelstromen tot ruimte-tijdvervormingen in zwarte gaten

Professor dr. Silke Weinfurtner meldde dat overeenkomsten met zwarte gaten voor het eerst werden waargenomen bij eerdere experimenten in 2017. Dit is inderdaad het geval Een doorbraak in het begrijpen van verschijnselen Hij was, Die kunnen meestal helemaal niet worden onderzocht.

Met ons state-of-the-art experiment hebben we dit onderzoek naar een hoger niveau getild, wat er uiteindelijk toe zou kunnen leiden dat we kunnen voorspellen hoe kwantumvelden zich gedragen in de gekromde ruimte-tijd rond astrofysische zwarte gaten. – Professor dr. Silke Weinfurtner, School voor Wiskunde, Universiteit van Nottingham.

Het onderzoek ontvangt £ 5 miljoen aan financiering van de Science Technology Facilities Board, waaronder teams van de Universiteit van Nottingham, Newcastle University en King's College London voor hun werk.