Loading article…
ソニックブラックホールは、ダムホールや音響ブラックホールとも呼ばれ、局所的な音速よりも速く流れる流体の領域からフォノン（音の摂動）が逃れられない現象である。閉じ込められたフォノンが天体（重力）ブラックホール内の光に似ていることから、ソニックブラックホール、または音響ブラックホールと呼ばれる。物理学者が興味を持つのは、これらが天体ブラックホールと多くの特性が似ており、特にホーキング放射のフォノン版を放射するためである。[1] [2]このホーキング放射は、実際のブラックホールからのホーキング放射とよく似て、量子真空変動によって自発的に生成される。一方、ホーキング放射は古典的なプロセスで刺激されることもある。流速が音速を超える状態から音速未満に変化するソニックブラックホールの境界は、事象の地平線と呼ばれる。
コンセプトの歴史
音響ブラックホールは、 1981年にWGウンルーによって初めて理論化されました。[3]しかし、最初のブラックホール類似物は2009年まで実験室で作成されませんでした。密度反転と呼ばれる技術を使用して、ルビジウム ボーズ-アインシュタイン凝縮体で作成されました。この技術は、ポテンシャル最小値で凝縮体を反発させることで流れを作成します。音響ブラックホールの表面重力と温度は測定されましたが、ホーキング放射を検出する試みは行われませんでした。しかし、それを作成した科学者は、実験が検出に適していると予測し、フォノンをレーザー照射することで検出できる方法を提案しました。 [4] 2014年、同じ研究者によって、類似のブラックホールレーザーで誘導ホーキング放射が報告されました。[2]量子的な自発的なホーキング放射は後に観測されました。[5] [6] [7]
2010年に回転する音波ブラックホールが使用され、ブラックホールからエネルギーが抽出されるプロセスである超放射の初めての実験室テストが行われました。 [8]
概要
完璧な流体
音速ブラックホールが可能なのは、完全流体中のフォノンが重力などの場と同じ運動特性を時空間で示すためである。[1]このため、音速ブラックホールを形成できるシステムは重力類似体と呼ばれる。ほぼあらゆる流体を使用して音響事象の地平線を形成できるが、ほとんどの流体の粘性によりランダムな運動が生じるため[要出典]、ホーキング放射などの特徴を検出することはほぼ不可能である。このようなシステムは複雑であるため、たとえ検出できたとしても、そのような特徴に関する知識を得ることは非常に困難である。[9]超流動ヘリウム、1次元縮退フェルミ気体、ボーズ・アインシュタイン凝縮体など、多くのほぼ完全な流体が音速ブラックホールの形成に使用することが提案されている。スローライトやイオン系など、流体中のフォノン以外の重力類似体も、ブラックホール類似体の研究のために提案されている。[10]非常に多くのシステムが重力を模倣しているという事実は、相対性理論と量子力学を調和させるのに役立つ可能性のある創発重力理論の証拠として使用されることがあります。 [11]
音響工学
天体物理学的ブラックホールの類似物とみなすことができる上記の音波または音響ブラックホールに加えて、音響および振動工学にも同名の物理的物体が存在し、音響吸収や構造振動の減衰に使用されています。[12]このような物体における音響ブラックホール効果は、導波管内の音速または固体構造内の弾性波速度（たとえば、薄板内の曲げ波速度）を伝播距離とともに徐々に低下させることによって実現できます。必要な速度低下は伝播距離のべき乗関数に従う必要があり、波伝播経路の終端での速度はほぼゼロに低下する必要があります。また、伝播速度が非常に遅い領域に従来の音波または振動吸収材料を少量挿入する対策を講じる必要があります。これらの条件下では、説明した音波または音響ブラックホールは、入射する空気伝播音波または構造伝播音波をほぼ 100% 吸収します。
参照
注記
- ^ ab Visser, Matt (1998). 「音響ブラックホール：地平線、エルゴスフィア、ホーキング放射」.古典重力と量子重力. 15 (6): 1767–1791. arXiv : gr-qc/9712010 . Bibcode :1998CQGra..15.1767V. doi :10.1088/0264-9381/15/6/024. S2CID 5526480.
- ^ ab Steinhauer, Jeff (2014). 「アナログブラックホールレーザーにおける自己増幅ホーキング放射の観測」Nature Physics . 10 (11): 864–869. arXiv : 1409.6550 . Bibcode :2014NatPh..10..864S. doi :10.1038/nphys3104. S2CID 26867033.
- ^ Unruh, WG (1981). 「実験的ブラックホール蒸発?」Physical Review Letters . 46 (21): 1351–1353. Bibcode :1981PhRvL..46.1351U. doi :10.1103/PhysRevLett.46.1351.
- ^ Lahav, Oren; Itah, Amir; Blumkin, Alex; Gordon, Carmit; Rinott, Shahar; Zayats, Alona; Steinhauer, Jeff (2010). 「ボーズ・アインシュタイン凝縮体におけるソニック・ブラックホール類似体の実現」. Physical Review Letters . 105 (24): 240401. arXiv : 0906.1337 . Bibcode :2010PhRvL.105x0401L. doi :10.1103/PhysRevLett.105.240401. PMID 21231510. S2CID 45683876.
- ^ Steinhauer, Jeff (2016年10月). 「アナログブラックホールにおける量子ホーキング放射とそのエンタングルメントの観測」. Nature Physics . 12 (10): 959–965. arXiv : 1510.00621 . Bibcode :2016NatPh..12..959S. doi :10.1038/nphys3863. ISSN 1745-2481. S2CID 119197166.
- ^ ムニョス・デ・ノバ、フアン・ラモン;ゴルブコフ、カトリーヌ。コロボフ、ヴィクターI。ジェフ・スタインハウアー（2019年5月）。 「アナログブラックホールにおける熱ホーキング輻射とその温度の観測」。自然。569 (7758): 688–691。arXiv : 1809.00913。Bibcode :2019Natur.569..688M。土井：10.1038/s41586-019-1241-0。ISSN 1476-4687。PMID 31142857。S2CID 119327617 。
- ^ Kolobov, Victor I.; Golubkov, Katrine; Muñoz de Nova, Juan Ramón; Steinhauer, Jeff (2021年3月). 「定常自発ホーキング放射の観測と類似ブラックホールの時間発展」. Nature Physics . 17 (3): 362–367. arXiv : 1910.09363 . Bibcode :2021NatPh..17..362K. doi :10.1038/s41567-020-01076-0. ISSN 1745-2481. S2CID 230508375.
- ^ トーレス、テオ;パトリック、サム。アントニン・クータント。マウリシオ、リチャルツ。テッドフォード、エドマンド W.ヴァインフルトナー、ジルケ (2017)。 「渦流における回転超放射散乱」。自然物理学。13 (9): 833–836。arXiv : 1612.06180。Bibcode :2017NatPh..13..833T。土井：10.1038/nphys4151。S2CID 119209800。
- ^ Jannes, Gil (2009). 「Emergent Gravity: The BEC Paradigm」. arXiv : 0907.2839 . Bibcode :2009PhDT.......109J.
{{cite journal}}:ジャーナルを引用するには|journal=(ヘルプ)が必要です - ^ ホルストマン、ビルガー;シュッツホルト、ラルフ。レズニック、ベニ。ファニョッキ、セレナ。シラック、J. イグナシオ (2011)。 「量子領域におけるイオンリング上のホーキング放射」。新しい物理学ジャーナル。13 (4): 045008.arXiv : 1008.3494。Bibcode :2011NJPh...13d5008H。土井：10.1088/1367-2630/13/4/045008。
- ^ Jannes, Gil (2009). 「Emergent Gravity: The BEC Paradigm」. arXiv : 0907.2839 . Bibcode :2009PhDT.......109J.
{{cite journal}}:ジャーナルを引用するには|journal=(ヘルプ)が必要です。 - ^ Pelat, A.; Gautier, F.; Conlon, SC; Semperlotti, F. (2020). 「音響ブラックホール：理論と応用のレビュー」. Journal of Sound and Vibration . 476 : 115316. Bibcode :2020JSV...47615316P. doi :10.1016/j.jsv.2020.115316.
外部リンク
- バルトゥシアク、マーシャ (2010)。「2009 年のトップ 100 ストーリー #79: 研究室で作られたソニック ブラック ホール」。ディスカバー マガジン(1 月 - 2 月: 特別号)。
- Ford, Matt (2007-06-22)。「Ars Technica: ブラックホールの情報損失パラドックスに対する潜在的な解決策」。
- カルロス・バルセロ、ステファノ・リベラティ、マット・ヴィッサー (2005)。「アナログ重力」。Living Reviews in Relativity。8 ( 1): 12。arXiv : gr -qc/0505065。Bibcode : 2005LRR ..... 8 ...12B。doi : 10.12942/ lrr - 2005-12。PMC 5255570。PMID 28179871。