Unter Verwendung einer Kette von Atomen in einer einzigen Datei, um den Ereignishorizont eines Schwarzen Lochs zu modellieren, beobachteten Physiker das Äquivalent dessen, was wir nennen Hawking-Strahlung – Teilchen, die aus der Störung von Quantenfluktuationen entstehen, die durch die Raum-Zeit-Lücke eines Schwarzen Lochs verursacht werden.
Dies, sagen sie, könnte dazu beitragen, den Widerspruch zwischen zwei derzeit unvereinbaren Rahmenbedingungen zur Beschreibung des Universums aufzulösen: der Allgemeinen Relativitätstheorie, die das Verhalten der Schwerkraft als kontinuierliches Feld beschreibt, das als Raumzeit bekannt ist, und der Quantenmechanik, die das Verhalten diskreter Teilchen beschreibt mit mathematischen Wahrscheinlichkeiten Um eine einheitliche Theorie der Quantengravitation zu schaffen, die universell anwendbar ist, müssen diese beiden unvereinbaren Theorien einen Weg finden, irgendwie miteinander auszukommen.
Hier kommen Schwarze Löcher ins Spiel – vielleicht die seltsamsten, extremsten Objekte im Universum. Diese massiven Objekte sind so unglaublich dicht, dass in einer bestimmten Entfernung vom Massenzentrum des Schwarzen Lochs keine Geschwindigkeit im Universum für eine Flucht ausreicht. Sogar die Lichtgeschwindigkeit. Diese Entfernung, die von der Masse des Schwarzen Lochs abhängt, wird als Ereignishorizont. Sobald ein Objekt seine Grenze überschreitet, können wir uns nur vorstellen, was passiert, da nichts mit wichtigen Informationen über sein Schicksal zurückgegeben wird.
Aber 1974 schlug Stephen Hawking vor, dass Unterbrechungen in Quantenfluktuationen, die durch den Ereignishorizont verursacht werden, zu einer Art von Strahlung führen, die der Wärmestrahlung sehr ähnlich ist. Wenn diese Hawking-Strahlung existiert, ist sie für uns zu schwach, um sie zu entdecken. Wir werden es vielleicht nie von der zischenden Statik des Universums trennen können. Aber wir können seine Eigenschaften untersuchen, indem wir Analoga von Schwarzen Löchern unter Laborbedingungen herstellen.
Dies wurde bereits früher getan, aber in einer im vergangenen Jahr veröffentlichten Studie unter der Leitung von Lotta Mertens von der Universität Amsterdam in den Niederlanden haben Physiker etwas Neues gemacht. Eine eindimensionale Kette von Atomen diente als Weg für Elektronen, um von einer Position zur anderen zu "springen". Indem die Leichtigkeit geändert wurde, mit der diese Sprünge auftreten konnten, konnten Physiker bestimmte Eigenschaften zum Verschwinden bringen und effektiv eine Art Ereignishorizont schaffen, der die wellenförmige Natur von Elektronen störte.
Der Effekt dieses falschen Ereignishorizonts erzeugte einen Temperaturanstieg, der die theoretischen Erwartungen eines äquivalenten Systems von Schwarzen Löchern erfüllte, aber nur, wenn sich ein Teil der Kette über den Ereignishorizont hinaus erstreckte. Dies könnte bedeuten, dass die Verschränkung von Teilchen, die den Ereignishorizont überqueren, eine wichtige Rolle bei der Erzeugung von Hawking-Strahlung spielt.
Die simulierte Hawking-Strahlung war nur für einen bestimmten Bereich von Spitzenamplituden thermisch und in Simulationen, die mit der Simulation einer bestimmten Art von Raumzeit begannen, die als „flach“ angenommen wurde. Dies weist darauf hin, dass Hawking-Strahlung nur in bestimmten Situationen thermisch sein kann, wenn sich die Krümmung der Raumzeit unter dem Einfluss der Schwerkraft ändert.
Es ist nicht klar, was dies für die Quantengravitation bedeutet, aber das Modell bietet eine Möglichkeit, das Auftreten von Hawking-Strahlung in einem Medium zu untersuchen, das nicht von der wilden Dynamik der Entstehung von Schwarzen Löchern beeinflusst wird. Und weil es so einfach ist, kann es in einer Vielzahl von experimentellen Umgebungen verwendet werden, sagen die Forscher.
"Dies kann Möglichkeiten eröffnen, grundlegende quantenmechanische Aspekte sowie Gravitation und verzerrte Raumzeit in verschiedenen Zuständen kondensierter Materie zu untersuchen", erklären die Physiker in ihrem Artikel.
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