英国の研究所で作成された合成ブラックホールイベントホライズン

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スコットランドのセントアンドリュース大学の研究者たちは、ブラックホールの事象の地平線をシミュレートする方法を発見したと主張しています。これは、新しい宇宙観測技術ではなく、強力なスーパーコンピューターではなく、実験室で行われています。レーザー、光ファイバーの長さ、およびいくつかの奇妙な量子力学に応じて、「特異点」を作成してレーザーの波長を変更し、イベントホライズンの効果を合成することができます。もしこの実験が出来事の地平線を生み出すことができるなら、ホーキング放射線の理論的な現象がテストされるかもしれません、おそらくスティーブン・ホーキングがまだノーベル賞を獲得する最も良いチャンスを与えています。

では、どのようにしてブラックホールを作成するのでしょうか。宇宙では、ブラックホールは巨大な星の崩壊によって作成されます。恒星の質量は、体に作用する巨大な重力により、（燃料がなくなって超新星を受けた後）単一の点まで崩壊します。星が特定の質量の「制限」を超えた場合（つまり、 チャンドラセカール限界 –星の質量が重力に逆らってその構造をサポートできない最大値）、それは離散点（特異点）に崩壊します。時空は非常にゆがんでいるため、すべてのローカルエネルギー（問題 そして 放射線）は特異点に分類されます。光でさえ引力を逃れることができない特異点からの距離は、 イベントホライズン。上層大気に衝突する宇宙線による高エネルギー粒子衝突は、マイクロブラックホール（MBH）を生成する可能性があります。ラージハドロン衝突型加速器（スイス、ジュネーブ近郊のCERNにある）も、MBHを生成するのに十分なエネルギーを持つ衝突を生成できる可能性があります。興味深いことに、LHCがMBHを生成できる場合、作成されたMBHがほぼ瞬時に蒸発すれば、スティーブンホーキングの「ホーキング放射」の理論が証明される可能性があります。

ホーキングはブラックホールが放射線を放出すると予測しています。この理論は逆説的です。なぜなら、ブラックホールの地平線から放射が逃れることはできないからです。しかし、ホーキングは、量子力学の癖のために、ブラックホールが できる 放射線を生成します。

簡単に言えば、宇宙は粒子を真空内で生成し、周囲からエネルギーを「借りる」ことを可能にします。エネルギーバランスを保つために、粒子とその反粒子は短期間しか存続できず、借りたエネルギーを互いに消滅させることによって非常に迅速に戻します。それらが量子時間制限内に出入りする限り、それらは「仮想粒子」と見なされます。創造から消滅までのエネルギーは正味ゼロです。

ただし、この粒子ペアがブラックホールの事象の地平線またはその近くで生成された場合、状況は変化します。仮想ペアの1つがブラックホールに陥り、そのパートナーがイベントホライズンから追い出された場合、それらは全滅できません。両方の仮想粒子が「本物」になり、逃げる粒子がブラックホールからエネルギーと質量を運び去ることができます（トラップされた粒子は負の質量を持っていると見なすことができるため、ブラックホールの質量が減少します）。これは、ホーキング放射がブラックホールの「蒸発」を予測する方法です。これは、質量がイベントの地平線でこの量子的癖に失われるためです。ホーキングは、ブラックホールが次第に蒸発して消滅すると予測しており、この影響は小さなブラックホールとMBHで最も顕著になります。

それで…セントアンドリュースの研究室に戻って…

Ulf Leonhardt教授は、レーザーパルスを使用してブラックホールイベント期間の条件を作成し、ホーキング放射をテストする最初の直接実験を作成することを望んでいます。レオンハルトは「量子カタストロフィ」の専門家であり、波の物理学が崩壊し、特異点を生み出すポイントです。ロンドンで開かれた最近の「Cosmology Meets Condensed Matter」会議で、Leonhardtのチームは、イベントホライズン環境の主要コンポーネントの1つをシミュレートする方法を発表しました。

光は、波の性質に応じて、異なる速度で材料を通過します。セントアンドリュースグループは、2つのレーザービームを使用しています。最初に、遅い伝播パルスが光ファイバーに向けて発射され、その後に速いパルスが続きます。速いパルスは遅いパルスに「追いつく」はずです。ただし、低速パルスが媒体を通過すると、ファイバーの光学特性が変化し、高速パルスが後向きに遅くなります。これは、イベントの地平線から脱出しようとするときに光に起こるものです。非常に遅くなり、「トラップ」されます。