Günümüzde yer çekiminin en uç etkileri laboratuvarda simüle edilebilmektedir.
Almanya'nın Koblenz kentinin güney kesiminde Ren Nehri'nin uzunluğu 30 milden fazladır ve genişliği son derece dardır, bu da zaten çalkantılı olan suyu son derece çalkantılı hale getirir. Bu nehir bölgesinin dibindeki resif, bir zamanlar pek çok efsane ve halk hikayesinin yer aldığı çok dik bir rotaydı ve Wagner'in operalarında genellikle çok önemli bir rol oynadı. Bu su alanı bir kara deliktir.
Geminiz bu nehir bölgesinde akıntıya karşı ilerlemek istiyorsa, ancak yeterince güçlü bir motorla donatılmamışsa, o zaman dar nehir yüzeyi ve şiddetli su olay ufku haline gelecektir: bir kez geçtikten sonra, hangi eylemi yaparsanız yapın, geri dönmenin bir yolu yoktur, Akıntı tarafından aşağıya çekilmenin kaderinden kaçamayacaksınız.
Kaynak: Arazi Yönetimi Bürosu / Wikimedia kullanıcısı Howcheng; ABD hükümeti
Fizikçiler yerçekimi ve değişken hızlı sıvılar analojisini kullanırlar.Bu basit bir metafordan çok daha fazlasıdır.Aslında, matematikle doğru bir şekilde hesaplanabilen benzer ilişkilere sahiptirler. Fizikçiler, yerçekimi ve sıvı arasındaki ilişkiyi incelerken, hızını otonom olarak değiştirebilen bir gemi seçmediler, bunun yerine su dalgalarını seçtiler, çünkü su dalgalarının hızı sıvının özelliklerine bağlıdır. Sıvının hızı su dalgasının dalga hızını aşarsa, su dalgası geriye gidemez. Bu, ikinci uçağın çok ilerisinde olan süpersonik bir uçağa binerseniz, ikinci uçağın motor sesini duyamazsınız. Kara deliğe dönersek, ışık kara delikten kaçamaz ama ses kaçabilir.
Bu benzetme sadece yüzey dalgaları için değil, akan gazın ürettiği ses dalgaları için de geçerlidir. Gazı dar bir kanaldan iter ve gazı, hızı ses hızını aşacak şekilde hızlandırırsanız, akustik bir ufuk oluşacaktır. Gaz çok hızlı aktığı için bu akustik ufuktan hiçbir ses geçemez.
Kaynak: Sabine Hossenfelder.
Bill Unruh bu ses yakalama yöntemini "aptal delik" olarak adlandırdı ve ilk olarak 1980'de yerçekimini simüle etmek için sıvıyı kullanma fikrini önerdi. O zamandan beri, "simüle edilmiş yerçekimi" alanı gelişmeye başladı. Fizikçiler, birçok sistemde dalga enerjisinin sanki güçlü bir yerçekimi alanı içindeymiş gibi hareket ettiğini keşfettiler.Bundan, karadelikleri simüle edebilen ve hatta erken evrende olduğu gibi uzayın hızlı genişlemesini simüle edebilen bir yöntem tasarladılar. Simdi simülasyon sadece laboratuvarda sıvı veya gazdaki bozulmanın yayılma modunu gözlemleyerek tamamlanabilir.
Videoda su, engelli bir kaptan akar, engellerin varlığı suyun akışını hızlandırır. Araştırmacılar bu deneyi, dalganın nasıl yayıldığını ve dalganın hız ile nasıl ilişkili olduğunu ölçmek için kullandılar.
İfade: Eşleştirilmiş dalgaların oluşturulması. Resim, 0.185 Hz giriş frekansına sahip çiftlenmiş bir dalganın dönüşümünü göstermektedir: a, filtrelenmemiş özelliklerin b Fourier dönüşümü, yalnızca giriş frekansının filtreleme özelliklerini içerir. c ve d, pozitif ve negatif filtrelemenin dalga özellikleri (renk, dalga genliğini temsil eder, ayrıntılar için renk çubuğuna bakın.)
Bu tür bir ses dalgası için, aynı formül yerçekiminden etkilenen ışığa da uygulanabilir, sadece ses hızı ışık hızının yerini alabilir. Bu tür ses dalgalarının yaklaşık değeri etkili bir aralıkta tutulsa bile, özel göreliliğin simetri ilkesini de takip ederler. Bu şekilde bilim adamları, maddenin kütleçekimi etkisi altındaki davranışını tespit etmek için deneyleri kullanabilir ve sıradan koşullar altında gözlemlenemeyen çeşitli durumları inceleyebilirler.
Örneğin, fizikçiler Büyük Patlama sırasında kara deliğin yakınında veya Büyük Patlama zaman çizelgesi civarında ne olduğunu bilmek isterler. Dalgaların kuantum özellikleri de varsa, ilginç şeyler olur. Bu durumda parçacıklar (fononlar) dalgalarla ilişkilendirilir. Bununla birlikte, kuantum davranışını incelemek için sıvılarla deney yapmak yeterli değildir.
İfade: Kara Delik Kaynak: Jupe / Alamy.
Simüle edilmiş yerçekimi alanında, teori her zaman deneyin çok ilerisinde olmuştur. Ancak son yıllarda, deneyciler yavaş yavaş yakaladılar ve şimdi kuantum davranışını tespit edebiliyorlar. Sıvının yerçekimi kuvvetini simüle etme sürecinde, deneyci düşük viskoziteli sıvı için yaklaşık bir değer seçmiştir, yani sıfıra yakın bir viskoziteye sahip bir süperakışkan seçmek, kuantum etkilerini test etmek için ideal bir durumdur. Fizikçiler milyarlarca yoğunlaşmış atomu bir süperakışkan içinde bağlar ve onları hareket ettirmek için lazerler kullanır. Bununla birlikte, bu tekniğin deneysel süreçte hala büyük zorlukları vardır. Ancak son yıllarda fizikçiler süper akışkan yoğunlaşmasını süper ilginç bir yerçekimi simülasyonu fenomeni olan kara delik buharlaşmasını incelemek için kullanabildiler.
Kara delik buharlaşması, olay ufku etrafındaki kavisli uzay zamandaki madde alanının kuantum etkisine atfedilmelidir. Sıvı, buradaki kavisli uzay-zamanı simüle edebilir ve aynı matematiksel tanıma bağlı olarak, fononlardan (fotonlardan değil) oluşan benzer radyasyon üretecektir. Gerçekte, bilim adamları bu tür bir radyasyonu iki yıl önce gözlemlediler ve Stephen Hawking'in 1974'te ufuk bölgesinin yakınında (kara delik ufku veya akustik ufuk) parçacıkların termal dağılımı olacağı tahminini doğruladılar.
İfade: Hawking Radyasyonu
Bununla birlikte, erken deneyler, Hawking radyasyon teorisinin en ilginç olanını doğrulamadı: ufkun içindeki ve dışındaki parçacıklar birbirleriyle bilgi paylaşıyor. Hawking'in hesaplamalarına göre, bu parçacıklar "dolaşık çiftler" gibidir. Bireysel bir bakış açısına göre, kuantum sayılarının özel bir değeri yoktur; aksine, tüm yönleriyle özellikleri paylaşırlar.
Kaynak: Ulf Leonhardt.
Parçacık çiftinin dolaşık olmasının nedenlerinden biri, iki parçacığın toplam dönüşünün sıfır olması ve zıt yönlerde hareket etmeleridir. Sola hareket eden parçacıkların dönüşü +1 ve sağa hareket eden parçacıkların dönüşü -1 veya tam tersi. Ancak şu anda sahip olduğumuz tek bilgi bu: bireysel parçacıkların ölçülmeden önce önceden ayarlanmış bir dönüş değeri yoktur. Ufkun içindeki ve dışındaki Hawking radyasyon parçacıkları, bir çift dolaşık durumdadır.
Kara delik radyasyonunun ufukta dolaşıp dolaşmadığı, bilginin kara deliğe düştükten sonra kaderini belirlediği için bilim adamlarının acilen anlamak istediği bir sorudur. Parçacıklar çiftler halinde dolaşırsa ve bu durumda kalırsa, bir taraf bir tekilliğe düşer ve yok edilir, bu da diğer tarafı bulanık bir duruma getirir: bilgi silinir. Bununla birlikte, kuantum mekaniğinde bu tür bir bilginin yok edilmesi imkansızdır ve bu kaçınılmaz olarak büyük bir problem oluşturur: fizikçiler yerçekimini kuantum teorisi ile nasıl açıklayacaklarını bilmiyorlar. Technion-İsrail Teknoloji Enstitüsü'nden Jeff Steinhauer, simüle edilmiş bir kara delikte Hawking radyasyon teorisindeki dolaşık durumları ölçmek için yeni bir deney yürütüyor; arxiv üzerindeki deneyinin sonuçlarını görüntüleyebilirsiniz.
Kaynak: © 2014-2015 Prof. Jeff Steinhauer, Department of Physics Technology
Steinhauer, süper akışkan yoğuşmayı yakalamak için elektromanyetik bir alan kullanır ve bir sıvı akışı oluşturmak için onu hareket ettirmek için bir lazer kullanır. Akış hızını değiştirmez, ancak kondensin yoğunluğunu değiştirir, böylece sesin hızını etkiler. 1/2 sıvının hızı ses hızından daha düşüktür ve diğer 1/2 sıvının hızı ses hızından daha büyüktür, böylece akustik bir ufuk oluşturur. Hemen ufkun her iki tarafındaki sıvının dalgalanmalarını ölçtü.
Deneysel sonuçları, Hawking radyasyonunun dolaşık çiftlerden oluştuğunu doğruladı. Bununla birlikte, Steinhauer, dolaşık çifti yalnızca yüksek frekans durumunda ispatlayabilir, ancak dolaşık çifti düşük frekans durumunda ispatlayamaz. Bu ön sonucun deneyin belirsizliğinden mi yoksa radyasyonun genel özelliklerinden mi kaynaklandığı bilim adamları için hala belirsizdir. Deney yapmakta ısrar ediyorsanız, bu ara bağlantı eksikliği bilginin ufuktan kaçmasına yardımcı olmak için bir kapı açabilir ve ardından kara delik bilgi paradoksuna bir yanıt sağlayabilir.
İfade: Hawking radyasyonu / parçacık çiftinin gözlemlenmesi
Ufuk başlangıç noktasındadır ve ufuktan yayılan karanlık bant, Hawking radyasyonu ile parçacık çifti arasındaki korelasyondur. Düz çizgi ufuktan başlayan derece açısını temsil eder. Kesikli çizgi, Fourier dönüşümü ile ölçülen Hawking çifti dolaşıklığıdır.
Kaynak: arxiv, yazar Jeff Steinhauer (2015)
Hiç şüphe yok ki sıvı ve yerçekimi analojisinin sınırları vardır. Akış dalgası bir yerçekimi alanı içindeymiş gibi davransa da, sıvının kendisi bir yerçekimi alanı gibi davranmaz. Genel görelilikte uzay-zaman dinamiktir ve içinde hareket eden parçacıklara tepki verir. Akışkanlar da dalgaların hareketine tepki verirler, ancak = ancak tepkileri aynı değildir, en azından şimdiye kadarki bulgularda. Başka bir deyişle, bilim adamları yalnızca zamana veya zamana bağlı olmayan yerçekimsel sistemleri simüle edebilirler.
Yerçekimi ve akışkanlar dinamiği arasındaki ilişkinin matematiksel anlamda bu kadar kesin olması şaşırtıcı. Bu, yerçekiminin çeşitli elementlerin etkileşimi ile üretilebileceğini ima ediyor gibi görünüyor. Zaman ve mekan düşündüğümüz kadar yanıltıcı ve varlıksız olmayabilir.
Referans
1. Wikipedia
2. Astronomik terimler
3. Sabine Hossenfelder-Sabah saat 2'de demiryolu geçidinde görüşürüz
İlgili herhangi bir içerik ihlali varsa, silmek için lütfen 30 gün içinde yazarla iletişime geçin
Lütfen yeniden basım için yetki alın ve bütünlüğü korumaya ve kaynağı belirtmeye dikkat edin
