Titreşen ışık aynaları kara delik olay ufkunun benzerini oluşturur

Optik boşluklar, ışığı yakalayan ayna çiftleridir ve lazerlerin, atom saatlerinin ve birçok hassas sensör türünün çalışmasının temelini oluşturur. Aynalar arasındaki mesafe yeterince hızlı değiştirilirse, bazı teoriler içlerindeki dalgaların kısa, yoğun darbeler halinde bir araya gelmesi gerektiğini öngörüyor. Ancak şu ana kadar bu tahmin hiçbir zaman doğrudan test edilmedi.

Yeni deneylerle, Santa Barbara’daki Kaliforniya Üniversitesi’nden David Weld ve meslektaşları, ışığın ve maddenin rollerini değiştirerek bunu ilk kez doğruladılar. Çarpıcı bir şekilde, boşluğun kavisli uzay-zamanın garip fiziğini taklit edecek şekilde davrandığını buldular.

Sonuçları şu adreste yayınlandı: Fiziksel İnceleme Mektupları.

Siyah ve beyaz delikleri taklit etmek

Sıradan bir boşlukta ışık, birbirine bakan iki ayna arasında ileri geri sıçrar. Işığı yalnızca kendi aralıklarına mükemmel şekilde uyan dalga boylarıyla sınırlayabildikleri için, boşluk oldukça kararlı frekansları seçebilmektedir. Bununla birlikte, eğer aynalardan biri, ışığın aynalar arasındaki gidiş-dönüş yolculuğuna uygun bir hızda titreşirse, bir teori, ışığın kısa, konsantre bir darbe oluşturacak şekilde bir yönde sürekli olarak akacağını öne sürer.

Matematiksel olarak bu tek yönlü akış, bir kara deliğin olay ufkunun yakınındaki ışığa veya onun tamamen varsayımsal karşılığının yakınındaki ışığa benzer. “beyaz delik.” Ancak bunu pratikte test etmek için bir aynanın, saniyenin milyarda biri kadar bir sürede, mevcut teknolojilerin yeteneklerinin çok ötesinde, sürekli olarak ışık hızının oldukça büyük bir kısmına kadar hızlanması gerekir.

Işığı atomlarla değiştirmek

Bu sorunun üstesinden gelmek için Weld’in ekibi boşlukla sınırlı ışığı, aşırı soğuk sıcaklıklarda dalgalar gibi davranan atomlarla değiştirdi. Araştırmacılar, lityum atomlarından oluşan bir gazın neredeyse mutlak sıfıra kadar soğutulmasıyla işe başladı, ardından onu bir lazer ışığı ızgarasında tuttu. Işığa benzer şekilde ızgara bunları zorladı “madde dalgaları” neredeyse sabit bir hızda, yalnızca saniyede 1 metreden daha düşük hızlarda seyahat etmek.

Atomlar, ağırlıksız ayna görevi gören iki lazer ışığı tabakası kullanılarak sınırlandırıldı ve bunlardan biri saniyede yaklaşık 100 kez ileri geri hareket ettirildi. Ekip daha sonra atomların zaman içinde nasıl dağıldığını görüntüledi ve sonuçları teorik tahminlerle karşılaştırdı.

İnce ayarlı yollar

Birkaç döngü içinde, hareketli ışık tabakası, başlangıçta dağınık olan bulutu, tekrar eden bir yol izleyen sıkı bir atom paketine dönüştürdü. Farklı konumlarda başlayan paketlerin tümü kararsız bir yoldan uzaklaşıp aynı kararlı yolda birleşti: aynı tek yönlü hareketin, kara ve beyaz deliklerin olay ufkunu yansıtacağı tahmin ediliyordu.

Sürüş sıklığını iki katına çıkardıklarında araştırmacılar, her biri kendi yolunu izleyen iki konsantre paket ürettiler. Işık tabakasının hareketinin zamanlamasını aniden değiştirerek, kararlı ve kararsız yolları değiştirerek paketlerin hareketini tersine çevirebilirler. Ayrıca ideal ışık benzeri görüntünün ötesinde, atomların hızının ışığın hızı kadar sabit olmamasından kaynaklanan ince etkileri de fark ettiler.

Weld’in ekibi şimdi bu etkinin, optik özellikleri elektriksel olarak ayarlanabilen ve aynaları hareket ettirmeye gerek kalmadan potansiyel olarak katı malzemelerde optik sinyalleri sıkıştırmanın ve sıkıştırmayı açmanın yeni yollarına yol açabileceğini umuyor. Kurulum aynı zamanda fizikçilerin, hızla hareket eden aynalar arasındaki boş uzaydan ışık parçacıkları çiftlerinin nasıl oluşturulabileceği gibi diğer temel tahminleri keşfetmelerine de yardımcı olabilir.