La luz se ha convertido en un fluido que simula espacio-tiempo

Al manipular la luz en una forma de fluido, luego usarla para simular el espacio-tiempo, los investigadores esperan desbloquear nuestra comprensión de los agujeros negros y otros objetos exóticos.

Los objetos cósmicos supermasivos, como los agujeros negros, son muy difíciles de estudiar directamente, pero los investigadores pueden construir análogos útiles en el laboratorio utilizando efectos cuánticos. Por ejemplo, los investigadores simulaban previamente espacio-tiempo, la tela de nuestra realidad física, Usando átomos extremadamente fríosluego lo pobló con los equivalentes de agujeros negros.

Ahora, Kévin Falque En el Laboratorio Kastler-Brossel (LKB) en París y sus colegas han usado luz para crear un análogo de tiempo espacial excepcionalmente bien controlado.

Para hacerlo, confinaron la luz en una pequeña cavidad hecha de un material semiconductor reflectante, donde rebotó entre las capas del material e interactuó con cargas eléctricas dentro de él. Durante este proceso, las interacciones cuánticas finalmente convirtieron la luz en un estado de materia similar a un líquido.

El equipo podría usar láseres para controlar las propiedades de este fluido y esculpirlo para tener la misma geometría que el espacio-tiempo. También podrían manipularlo para crear estructuras equivalentes al horizonte de un agujero negro: el borde del que los objetos pueden caer pero que nunca regresan.

Debido a que su “universo” basado en la luz podría controlarse extremadamente bien, Falque y sus colegas podrían crear no solo horizontes de eventos sino también estructuras espaciales similares que son menos empinadas.

Esperan usar esta simulación única para probar cómo Radiación de Hawkingque emana de agujeros negros, cambia con la inclinación del horizonte del evento. Sin embargo, para llegar allí, tendrán que hacer que su experimento sea más frío y más aislado, lo que aumentará los efectos cuánticos dentro de él.

“El trabajo es un impresionante tour de force experimental”, dice Juan Ramón Muñoz de Nova en la Universidad Complutense de Madrid, quien estuvo involucrado en la primera medición de la radiación de Hawking en una simulación de agujeros negros utilizando átomos de Ultracold. Él dice que el nuevo experimento abre la puerta para observaciones de una variedad de fenómenos nuevos, incluida la forma en que los agujeros negros vibran o “anillo”.

Friedrich Koenig en la Universidad de St Andrews en el Reino Unido dice que el nuevo trabajo demostró “una plataforma más útil”. Podría probar nuevas ideas sobre la gravedad, así como la misteriosa interacción entre los efectos gravitacionales y cuánticos.

Uno de los resultados más extremos de este experimento podría ser que descubramos que algunos agujeros negros observados son en realidad impostoresdice Maxime Jacquettambién en LKB. El Primera imagen de un agujero negroTomado por el telescopio de Horizon Horizon, ciertamente se parece a la cosa real, pero parecer un agujero negro no es lo mismo que ser uno, dice.

¿Podría haber objetos masivos que doblen la luz como los agujeros negros, así que se parecen a ellos en las imágenes, pero no tienen horizontes de eventos? El trabajo teórico ha demostrado que esto es posible, pero los experimentos basados ​​en la luz pueden explorar más esta posibilidad, dice Jacquet.

“Necesitamos ser muy cuidadosos. Aunque tenemos estos análogos, hay un fluido y hay un agujero negro, estos objetos son muy diferentes”, dice Falque. “Pero lo que estamos haciendo en este experimento es probar y jugar con la teoría que se usa para los agujeros negros”.