Wetenschappers van Princeton hebben een unieke microchip gemaakt die de structuur van ruimte-tijd in een zwart gat of miniatuur tweedimensionaal universum kan simuleren. De eerste resultaten van experimenten met dit apparaat werden gepresenteerd in het tijdschrift Nature.
“Gewone computers kunnen in principe het gedrag van complexe kwantummaterialen en -systemen niet berekenen. We hebben geprobeerd een apparaat te maken dat de natuur deze berekeningen voor ons laat doen. Met deze chip kunnen we nadenken over hoe we kwantummechanica kunnen 'bouwen' in gekromde ruimtes”, zegt Alicia Kollar van Princeton University (VS). Gewone en superzware zwarte gaten hebben zo'n sterke zwaartekracht dat ze niet kunnen worden overwonnen zonder de lichtsnelheid te overschrijden. Er kunnen geen objecten of straling ontsnappen buiten de inslag van het zwarte gat, dat de "waarnemingshorizon" wordt genoemd. Wat er buiten de waarnemingshorizon gebeurt, blijft een mysterie en een onderwerp van controverse onder natuurkundigen. De meeste wetenschappers geloven dat we in principe niet in een zwart gat kunnen kijken en de structuur ervan kunnen bestuderen,aangezien dit tot buitengewoon onaangename gevolgen zal leiden - in dit geval zullen we niet in staat zijn om Einsteins relativiteitstheorie en kwantummechanica te 'verzoenen'.
Desalniettemin bestaan er zwarte gaten, en hun gedrag en bestaan moeten op de een of andere manier worden verklaard. Relatief recent begonnen natuurkundigen te geloven dat zwarte gaten eigenlijk geen driedimensionale, maar tweedimensionale objecten zijn, een soort kosmische "hologrammen".
Deze theorie en de vergelijkingen die deze beschrijven, zijn eind jaren negentig naar voren gebracht door twee bekende kosmologen: Juan Maldasena van Princeton University en Gerard 't Hooft van Utrecht University.
Ze suggereerden dat ruimte-tijd in een zwart gat niet "plat" van aard is, zoals in het omringende heelal, maar een constante negatieve kromming heeft. Simpel gezegd, het is qua geometrie vergelijkbaar met een zadel of een omgekeerde bol en is zo ontworpen dat de "rand", de binnenrand van de waarnemingshorizon, even oneindig ver verwijderd is van elk punt in het zwarte gat.
Zoals Collard opmerkt, werd het testen van deze theorie, evenals andere wetenschappelijke ideeën die de Lobatsjevski-ruimte gebruiken, gecompliceerd door het feit dat het gedrag van deeltjes en andere objecten in een dergelijke ruimte bijna onmogelijk te berekenen was.
Wetenschappers van Princeton hebben dit probleem opgelost door de eerste soort "zwart-gat-simulator" te maken, met behulp van miniatuur microgolfgeneratoren, evenals een speciale chip waarin veel stukjes supergeleiders zijn ingebracht.
Ze spelen niet de rol van draden, maar van golfgeleiders, waarlangs door microgolfbronnen gegenereerde lichtdeeltjes kunnen bewegen en indirect met elkaar kunnen interageren. Deze interacties zullen de beweging van andere deeltjes vertragen of ze op andere manieren beïnvloeden.
Collard en haar collega's ontdekten dat als deze golfgeleiders in een raster worden gelegd dat qua structuur lijkt op een honingraat, bestaande uit vijf, zes of achthoeken, de fotonen erin zich gaan gedragen alsof ze zich in een zwart gat of een andere ruimte bevinden met negatieve kromming.
Promotie video:
Zoals wetenschappers opmerken, zullen dergelijke chips niet alleen helpen om veel geheimen van zwarte gaten te onthullen, inclusief hoe vergelijkbare objecten verdampen onder invloed van Hawking's studie, maar ook veel kwantumberekeningen in de scheikunde, natuurkunde en andere wetenschapsgebieden versnellen.
Hiervoor is het, zoals de natuurkundige toegeeft, nodig om de werking van de huidige versie van de chip te veranderen, zodat de fotonen actiever met elkaar gaan interageren. Dit is een volledig oplosbaar probleem dat de onderzoekers van Princeton in de zeer nabije toekomst willen oplossen.
