Schwarzes-Loch-Analogon

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Ein Schwarzes-Loch-Analogon ist ein von William Unruh 1981 eingeführtes Modell, das die Vorgänge in einem Schwarzen Loch in Form eines Analogons abbilden soll. Insbesondere soll so die Erforschung eines Phänomens ermöglicht werden, das aufgrund seiner Eigenschaften nicht direkt beobachtbar (nämlich „schwarz“) ist. Das Schwarze-Loch-Analogon ist ein Spezialfall der Suche nach Analoga der Gravitation in anderen Medien, die 1923 von Gordon begonnen wurde [1][2] und vor allem elektromagnetische und akustische Systeme betrachtet.

Einfaches Beispiel[Bearbeiten | Quelltext bearbeiten]

Zur Veranschaulichung mag folgendes, stark vereinfachtes (und daher nicht ganz zutreffendes) Beispiel dienen: In einer Badewanne werden Fische ausgesetzt, die mit einer Maximalgeschwindigkeit von x km/h schwimmen können. Nun wird der Stöpsel gezogen, so dass am Abfluss ein Strudel entsteht, der mit einer Höchstgeschwindigkeit von y km/h das Wasser abfließen lässt. Die Abflussgeschwindigkeit nimmt mit dem Abstand vom Abfluss ab. Wenn y nun höher als x ist, können Fische, die dem Abfluss zu nahe kommen, dem Sog nicht mehr entkommen, da sie langsamer schwimmen als der Strudel sich bewegt, und werden hinaus gespült. Die Grenze, an der die Abflussgeschwindigkeit gleich der maximalen Schwimmgeschwindigkeit der Fische entspricht, wäre analog zum Ereignishorizont eines Schwarzen Lochs. Fische, die diese Grenze überschreiten, haben keine Möglichkeit mehr zu entkommen.[3]

Akustisches Schwarzes-Loch-Analogon[Bearbeiten | Quelltext bearbeiten]

Unruh hat ein akustisches Analogon zum Schwarzen Loch entworfen.[4] In Flüssigkeiten soll es verschiedene Fließgeschwindigkeiten geben, die räumlich getrennt entweder schneller oder langsamer als die Schallgeschwindigkeit sind. Die Grenze wäre wiederum entsprechend zum Ereignishorizont. Geräusche, die in dem Bereich der höheren Geschwindigkeit entstehen, wären somit im anderen Bereich nicht hörbar. Unruh bezeichnete sein Modell als Sonic black hole. Ein einheitlicher Begriff hat sich im deutschen bislang nicht durchgesetzt, gelegentlich wird von Stummen Löchern und ihren Gegenstücken, den Tauben Löchern[5] gesprochen.

2000 wurde vorgeschlagen, die neu entdeckten und experimentell sehr gut kontrollierbaren Bose-Einstein-Kondensate (BEC) als Grundlage für Schwarze-Loch-Analoga zu verwenden.[6] Im Juni 2009 gelang es Wissenschaftlern am Technion in Haifa ein solches Analogon in einem Rubidium-BEC anstatt in Wasser zu erzeugen[7]. Ziel war es, die sogenannte Hawking-Strahlung nachzuweisen, was aber zunächst nicht gelang.[8] Nachfolgeexperimente 2014[9] und 2016[10] lieferten stärkere Belege für Hawking-Strahlung,[11][12] die Interpretation der Ergebnisse ist jedoch umstritten.[13]

Optisches Schwarzes-Loch-Analogon[Bearbeiten | Quelltext bearbeiten]

Der deutsche Physiker Ulf Leonhardt stellte 2008 ein Modell eines optischen Schwarzes-Loch-Analogons vor. Mithilfe von optischen Fasern führte er Experimente durch, in denen auch Analoga zur Hawking-Strahlung beobachtet wurden.

Einzelnachweise[Bearbeiten | Quelltext bearbeiten]

  1. Matt Visser: Bibliography: Analog models of General Relativity. 28. November 2000, abgerufen am 25. Februar 2018.
  2. Luca Bombelli: Black-Hole Analogs and Mimickers. University of Mississippi, 31. August 2017, abgerufen am 25. Februar 2018.
  3. Dies dient nur der Veranschaulichung, natürlich können die Fische entkommen indem sie quer zur Fließgeschwindigkeit fort schwimmen.
  4. W. G. Unruh: Experimental black hole evaporation. In: Phys. Rev. Lett. Band 46, 1981, S. 1351., bibcode:1981PhRvL..46.1351U
  5. Entsprechend dem Weißen Loch in der Astrophysik.
  6. L. J. Garay, J. R. Anglin, J. I. Cirac, P. Zoller: Sonic analog of gravitational black holes in Bose–Einstein condensates. In: Phys. Rev. Lett. Band 85, 2000, S. 4643–4647, doi:10.1103/PhysRevLett.85.4643, arxiv:gr-qc/0002015.
  7. Oren Lahav, Amir Itah, Alex Blumkin, Carmit Gordon, Shahar Rinott, Alona Zayats, Jeff Steinhauer: Realization of a sonic black hole analogue in a Bose-Einstein condensate. In: Phys.Rev.Lett. Band 105, 2010, S. 240401, doi:10.1103/PhysRevLett.105.240401, arxiv:0906.1337.
  8. Vgl. Discovery.com, 17. Juni 2009: Sonic Black Hole Traps Sound Waves (Memento vom 7. Mai 2012 im Internet Archive), eine umfangreichere Darstellung in englischer Sprache.
  9. Jeff Steinhauer: Observation of self-amplifying Hawking radiation in an analogue black-hole laser. In: Nature Physics. Band 10, 2014, S. 864–869, doi:10.1038/nphys3104.
  10. Jeff Steinhauer: Observation of quantum Hawking radiation and its entanglement in an analogue black hole. In: Nature Physics. Band 12, 2016, S. 959–965, doi:10.1038/nphys3863, arxiv:1510.00621.
  11. Davide Castelvecchi: Artificial black hole creates its own version of Hawking radiation. In: Nature. Band 536, 15. August 2016, S. 258–259, doi:10.1038/536258a.
  12. W. Unruh: Experimental black hole evaporation. In: Physics Today. 9. September 2017, doi:10.1063/PT.5.2047 (englisch).
  13. Kritik: Ulf Leonhardt: Questioning the recent observation of quantum Hawking radiation. arxiv:1609.03803. und Antwort: Jeff Steinhauer: Response to version 2 of the note concerning the observation of quantum Hawking radiation and its entanglement in an analogue black hole. arxiv:1609.09017.

Weblinks[Bearbeiten | Quelltext bearbeiten]