Wissenschaftlern ist es gelungen, ein künstliches „Schwarzes Loch“für akustische Signale zu erschaffen. Ihr Verh alten sollte Stephen Hawkings 30 Jahre alte Hypothese bestätigen, dass sie „verdampfen“sollte.
Klassische Schwarze Löcher entstehen, wenn Materie so dicht wird, dass sie zu einem Punkt zusammenfällt – einer Singularität. Seine Anziehungskraft ist so groß, dass ihn nichts verlassen kann, auch kein Licht, wenn es sich über die Grenze des sogenannten „Ereignishorizonts“hinaus nähert. Was nach ihm geschieht, können wir nur mit unterschiedlicher Sicherheit annehmen. Obwohl einige Wissenschaftler sogar Videos machen, die zeigen, was ein imaginärer Superbeobachter sehen könnte, der das Pech hätte, in ein schwarzes Loch zu "fallen" (lesen und sehen Sie: "Beyond the Event Horizon").
Allerdings lässt sich auch für Sound eine Art Analogon von Schwarzen Löchern erschaffen. Wissenschaftler haben gelernt, dies zu tun, indem sie Materie schneller durch ein Medium bewegen lassen als die Schallgeschwindigkeit in diesem Medium. Die von dieser Substanz "eingefangene" Schallwelle wird sie also niemals verlassen, wie ein Schwimmer, der sich langsamer gegen die Strömung bewegt, als sie schwimmt. Wir werden Ihnen jedoch mehr erzählen.
Zunächst mussten die Wissenschaftler lernen, wie man Bose-Einstein-Kondensat erhält, was sich als äußerst schwierige Aufgabe herausstellte, für die sogar der Nobelpreis verliehen wurde (wir haben darüber im Artikel "K alte Berechnung" gesprochen). Dies ist ein besonderer Zustand der Materie, in dem Atome, auf eine Temperatur nahe dem absoluten Nullpunkt abgekühlt, in den niedrigstmöglichen Energiezustand übergehen. Infolgedessen beginnen sich in einem solchen Kondensat Effekte, die normalerweise nur auf der Quantenebene existieren, auf der makroskopischen Ebene zu manifestieren.
Dieses Mal kühlte ein Team unter der Leitung des israelischen Wissenschaftlers Jeff Steinhauer etwa 100.000 Rubidium-Atome auf nur wenige Milliardstel Grad über dem absoluten Nullpunkt und platzierte sie in einer Magnetfalle. Mit Hilfe eines Lasers wurde in dem System eine Potentialdifferenz erzeugt, die die Rubidium-Atome innerhalb des Mediums mit hoher Geschwindigkeit bewegen ließ, schneller als die Schallausbreitungsgeschwindigkeit in diesem Medium. Dies dauerte natürlich sehr kurz, etwa 8 Millisekunden, aber es reichte aus, um ein "akustisches schwarzes Loch" im System zu erzeugen, das in der Lage war, Geräusche aufzunehmen.
All dies war erforderlich, um eine interessante Hypothese des berühmten theoretischen Physikers Stephen Hawking zu bestätigen oder zu widerlegen. Vor einigen Jahrzehnten zeigte er, dass Schwarze Löcher nicht vollständig "schwarz" sein sollten. Tatsache ist, dass nach den Gesetzen der Quantenmechanik ständig Schwankungen im Raum auftreten, die zum Auftreten von Teilchen-Antiteilchen-Paaren führen. Diese Paare interagieren sofort miteinander - und verschwinden wieder.
Stellen Sie sich jedoch vor, dass dies am Ereignishorizont eines Schwarzen Lochs passiert ist. In diesem Fall kann das Antiteilchen hinter dem Horizont sein und unweigerlich darin verschwinden, dann bleibt das Teilchen, das wie „aus dem Nichts“erschienen ist, frei und stürzt ins All. Das Schwarze Loch muss Teilchen emittieren - dieser Vorgang wird Hawking-Strahlung genannt und geht (weil das Antiteilchen die Gesamtruheenergie des Schwarzen Lochs verringert) mit seiner "Verdampfung", einer allmählichen Abnahme der Masse, einher.
Trotz aller Harmonie der theoretischen Konstruktionen war es noch nicht möglich, diese Strahlung direkt im Weltraum zu beobachten. Aber seine Existenz wurde am "Wassermodell" bestätigt, das von schottischen Wissenschaftlern erfunden wurde und über das wir im Artikel "Schwarzes Loch im Pool" gesprochen haben. Im Fall eines "akustischen Schwarzen Lochs" spielen Phononen, Quanten der Schwingungsbewegung, die Rolle der entstehenden Teilchen-Antiteilchen-Paare. Israelische Wissenschaftler hoffen, dass sie dazu beitragen werden, die Realität des Verdunstungsprozesses des Schwarzen Lochs aufzuzeigen - zumindest in seiner Schallform.
Das ist aber noch weit weg. Jeff Steinhauer berechnete, dass sie lernen müssten, Atome in ihrer Anlage etwa zehnmal schneller zu beschleunigen als heute, damit die Hawking-Strahlung stark genug ist, um nachgewiesen zu werden. Wir müssen warten - und freuen uns über einen sehr genialen Ansatz zur Untersuchung des schwierigsten astrophysikalischen Problems.
Allerdings ist es möglich, Hawking-Strahlung im Weltraum zu beobachten. Tatsache ist, dass die Theorie besagt: Je kleiner das Schwarze Loch, desto mehr strahlt es. Daher sollten kleine Schwarze Löcher, die heute selten sind, aber in den frühen Tagen des Universums sehr häufig waren, eine ziemlich starke Strahlung aufweisen. Aber dazu müsste man sehr weit schauen, und die Wissenschaftler hoffen, dass das neue umkreisende Fermi-Gammastrahlenteleskop, das letztes Jahr gestartet wurde, genau das tun kann. Lies über ihn: Gamma Heaven.
