Forskare från Princeton har skapat en unik mikrochip som kan simulera rymdtidens struktur inuti ett svart hål eller en tvådimensionell universum. De första resultaten av experiment med denna enhet presenterades i tidskriften Nature.
Vanliga datorer kan i princip inte beräkna beteendet hos komplexa kvantmaterial och system. Vi försökte skapa en enhet som får naturen att göra dessa beräkningar för oss. Det här chipet låter oss tänka på hur vi kan "bygga" kvantmekanik i böjda utrymmen,”säger Alicia Kollar från Princeton University (USA). Vanliga och supermassiva svarta hål har en så stark tyngdkraft att de inte kan övervinnas utan att överskrida ljusets hastighet. Inga föremål eller strålning kan slippa bortom påverkan av det svarta hålet, som kallas "händelseshorisonten". Det som händer utanför händelseshorisonten förblir ett mysterium och ett föremål för kontroverser bland fysiker. De flesta forskare tror att vi i princip inte kan titta inuti ett svart hål och studera dess struktur,eftersom detta kommer att leda till extremt obehagliga konsekvenser - i detta fall kommer vi inte att kunna "förena" Einsteins relativitetsteori och kvantmekanik.
Ändå finns svarta hål, och deras beteende och existens måste förklaras på något sätt. Relativt nyligen började fysiker tro att svarta hål faktiskt inte är tredimensionella utan tvådimensionella föremål, ett slags kosmiska "hologram".
Denna teori och ekvationer som beskriver den lades fram i slutet av 1990-talet av två välkända kosmologer - Juan Maldasena från Princeton University och Gerard 't Hooft från Utrecht University.
De föreslog att rymden i ett svart hål inte är "platt" i naturen, som i det omgivande universum, utan har en konstant negativ krökning. Enkelt uttryckt, det liknar geometri som en sadel eller en inverterad sfär och är utformad så att dess "kant", den inre kanten av evenemangshorisonten, är lika oändligt långt ifrån någon punkt inuti det svarta hålet.
Som Collard noterar, testades denna teori, liksom andra vetenskapliga idéer som använder Lobachevsky-rymden, komplicerat av det faktum att beteendet hos partiklar och andra föremål i ett sådant utrymme nästan var omöjligt att beräkna.
Forskare från Princeton har löst detta problem genom att skapa den första typen av "black hole simulator" med hjälp av miniatyr-mikrovågsgeneratorer, såväl som ett speciellt chip i vilket många bitar av superledare sattes in.
De spelar rollen som inte ledningar, utan vågledare, längs vilka ljuspartiklar som genereras av mikrovågskällor kan röra sig och indirekt interagerar med varandra. Dessa interaktioner kommer antingen att bromsa andra partiklarnas rörelse eller påverka dem på andra sätt.
Collard och hennes kollegor fann att om dessa vågledare läggs ut i ett rutnät som liknar strukturen som en honungskaka, som består av fem, sex eller oktagoner, så börjar fotonerna inuti dem beter sig som om de var inne i ett svart hål eller annat utrymme med negativ krökning.
Kampanjvideo:
Sådana chips, som forskare noterar, kommer att hjälpa inte bara att avslöja många hemligheter om svarta hål, inklusive hur liknande objekt förångas under påverkan av Hawkings studie, utan också påskynda många kvantberäkningar inom kemi, fysik och andra vetenskapsområden.
För detta, som fysikern medger, är det nödvändigt att ändra driften av den aktuella versionen av chipet så att fotonerna börjar interagera mer aktivt med varandra. Detta är ett helt lösbart problem som forskarna från Princeton planerar att lösa inom en mycket nära framtid.
