Лазер, вдохновлённый чёрными дырами: экстремальная физика, воссозданная в лаборатории

Исследователи из Университета Бар-Илан успешно воссоздали ключевые аспекты физики чёрных дыр в лабораторных условиях с помощью необычной оптической системы, имитирующей поведение чёрных дыр после мощных космических событий, таких как столкновения или слияния.

Команда построила миниатюрную систему, в которой свет ведёт себя аналогично гравитационным волнам, распространяющимся вокруг чёрной дыры. Эти волны, известные как сигналы затухания, являются теми же сигналами, которые регистрируются гравитационно-волновыми обсерваториями, такими как LIGO.

Исследователи не только наблюдали эти волновые паттерны в своей системе, но и продемонстрировали, что они могут генерировать лазерное излучение. Это открывает новый способ изучения физики чёрных дыр в контролируемой лабораторной среде.

«Эта работа показывает, что явления, которые мы обычно ассоциируем с самыми экстремальными объектами во Вселенной, можно воссоздать и исследовать на лабораторном столе, — сказал профессор Патрик Себба. — Используя свет в тщательно спроектированных структурах, мы можем непосредственно наблюдать и контролировать эффекты, которые в противном случае были бы недоступны для экспериментального изучения».

Для этого команда разработала и изготовила крошечные изогнутые оптические структуры с помощью 3D-печати. Эти структуры были спроектированы так, чтобы воспроизводить геометрию пространства-времени вокруг чёрной дыры.

Затем исследователи изучили, как свет распространяется и излучается внутри этих структур, используя сочетание теоретического анализа, численных симуляций и экспериментальных лазерных измерений. Высокая степень согласованности результатов, полученных с помощью этих подходов, подтверждает достоверность выводов.

Мотивация для проведения исследования