|
Лазер, вдохновленный черными дырами
|
|
|
|
Исследователи из Университета Бар-Илан успешно воссоздали ключевые особенности физики черных дыр в лабораторных условиях, используя инновационную оптическую систему, которая имитирует поведение черных дыр после сильных космических событий, таких как столкновения или слияния.
|
|
|
|
Команда создала маломасштабную систему, в которой свет ведет себя подобно волновой пульсации вокруг черной дыры. Эти пульсации, известные как сигналы "обратного вызова", регистрируются гравитационно-волновыми обсерваториями, такими как LIGO (Лазерная интерферометрическая гравитационно-волновая обсерватория).
|
|
|
|
Исследователи не только наблюдали эти волновые паттерны в своей системе, но и продемонстрировали, что они могут генерировать лазерное излучение. Это открывает новый способ изучения физики черных дыр в контролируемых лабораторных условиях. Статья опубликована в журнале Advanced Science.
|
|
|
|
"Эта работа показывает, что явления, которые мы обычно ассоциируем с самыми экстремальными объектами во Вселенной, могут быть воссозданы и исследованы на столе", - сказал профессор. Патрик Себба (Patrick Sebbah), сотрудник физического факультета и Института нанотехнологий и передовых материалов Университета Бар-Илан, который руководил исследованием.
|
|
|
|
"Используя свет в тщательно спроектированных структурах, мы можем непосредственно наблюдать и контролировать эффекты, которые в противном случае находятся далеко за пределами экспериментальной досягаемости".
|
|
|
|
|
|
|
Для достижения этой цели команда разработала и изготовила крошечные изогнутые оптические структуры с использованием передовых технологий 3D-печати. Эти структуры были спроектированы таким образом, чтобы воспроизводить геометрию пространства-времени вокруг черной дыры.
|
|
|
|
Затем исследователи изучили, как свет распространяется и излучается внутри этих структур, используя комбинацию теоретического анализа, численного моделирования и экспериментальных лазерных измерений. Строгое соответствие между этими подходами подтверждает достоверность полученных результатов.
|
|
|
|
Мотивация для исследования связана со сложностью непосредственного изучения динамики черных дыр. Черные дыры производят характерные колебания, известные как квазинормальные моды, которые занимают центральное место в гравитационно-волновой астрономии, но их сложно наблюдать в деталях.
|
|
|
|
Воссоздавая эти эффекты в лабораторных условиях, исследователи стремились сделать их доступными для непосредственного наблюдения и экспериментов.
|
|
|
|
Одним из самых неожиданных открытий стало то, что можно четко наблюдать моды, связанные с фотонной сферой, нестабильной областью вокруг черной дыры, которая может даже поддерживать лазерное излучение. Этот результат показывает, что пространственная кривизна сама по себе может эффективно сдерживать свет, не полагаясь на традиционные механизмы, основанные на зеркалах.
|
|
|
|
Полученные результаты имеют несколько важных последствий. Они обеспечивают новую платформу для изучения фундаментальных аспектов физики черных дыр в лабораторных условиях, представляют новый механизм удержания света, основанный на геометрии, и подчеркивают ценность междисциплинарных исследований, сочетающих оптику, общую теорию относительности и передовые технологии изготовления. Эта работа также подчеркивает растущую роль израильских исследований в продвижении передовых достижений науки.
|
|
|
|
В исследовании приняли участие исследователи из Университета Бар-Илан и Университета Париж-Сакле, в том числе астрофизик доктор Офек Бирнхольц (физический факультет Университета Бар-Илан) и доктор Мелани Лебенталь (Университет Париж-Сакле).
|
|
|
|
Заглядывая вперед, исследовательская группа планирует исследовать более сложную геометрию черных дыр, включая вращающиеся системы, исследовать нелинейные взаимодействия между модами и разработать новые фотонные устройства, основанные на удержании света, вызванном искривлением.
|
|
|
|
Эта работа освещает новое междисциплинарное направление, объединяющее общую теорию относительности, оптику и нанотехнологии, имеющее как фундаментальные, так и технологические последствия.
|
|
|
|
Источник
|
