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Künstliches Schwarzes Loch im chinesischen Labor erstellt
Wenn Sie noch nichts von Metamaterialien gehört haben und was sie können, wo waren Sie dann? Die meisten Medienberichte haben sich bisher auf Tarnumhänge konzentriert, aber das ist nur der Anfang des Spaßes, den Physiker mit diesem Zeug haben können. Noch vor wenigen Wochen haben wir darüber diskutiert, wie man den Urknall in einem Metamaterial nachbilden kann. Und Anfang des Jahres schlug eine Gruppe von Physikern vor, dass es möglich sein sollte, ein Schwarzes Loch mit Metamaterialien zu erzeugen. Das ist eine interessante Idee, aber eine Demonstration wäre spannender.
Schritt vorwärts Qiang Cheng und Tie Jun Cui vom State Key Laboratory of Millimeter Waves an der Southeast University in Nanjing, China, die Metamaterialien verwendet haben, um in ihrem Labor das weltweit erste künstliche Schwarze Loch zu erschaffen. Ja, ein echtes Schwarzes Loch.
Das ist nicht ganz so beängstigend, wie es klingt. Ein Schwarzes Loch ist eine Region des Weltraums, aus der kein Licht entweichen kann (deshalb ist es schwarz). Nach Einsteins Relativitätstheorie entstehen Schwarze Löcher, wenn der Raum durch eine große Masse so verzerrt wird, dass Licht seinem Gravitationsfeld nicht entkommen kann.
Aber die Schwerkraft muss nicht beteiligt sein. Metamaterialien verzerren auch den Raum, was das Licht angeht (tatsächlich gibt es eine formale mathematische Analogie zwischen diesen optischen und gravitativen Verzerrungen). Physiker haben diese Verzerrung bereits ausgenutzt, um Licht um ein Objekt innerhalb eines Metamaterials zu lenken, um einen Tarnumhang zu schaffen. Wenn das möglich ist, sollten auch exotischere Verzerrungen möglich sein.
Nun haben Qiang und Tie ein Metamaterial geschaffen, das den Raum so stark verzerrt, dass einfallendes Licht (in diesem Fall Mikrowellen) nicht entweichen kann.
Ihr Schwarzes Loch besteht aus 60 Lagen Leiterplatten, die in konzentrischen Kreisen angeordnet sind (siehe Bild unten). Die Leiterplatten sind mit einer dünnen Kupferschicht beschichtet, aus der Qiang und Tie zwei Arten von Mustern geätzt haben, die entweder bei Mikrowellenfrequenz mitschwingen oder nicht.
In ihren Experimenten haben sie Mikrowellen mit 18 GHz gemessen, die hineingehen und keine herauskommen. Und die Kreissymmetrie ihres Metamaterials bedeutet, dass die Mikrowellen gleichzeitig in alle Richtungen absorbiert werden. Was sie gebaut haben, ist das erste künstliche Schwarze Loch der Welt. (Falls Sie sich fragen, die vom Schwarzen Loch absorbierte Energie wird als Wärme abgegeben.)
Das ist ein spannendes Stück Physik und das nicht nur, weil es ein Schlagzeilen-Grabber ist. Künstliche Schwarze Löcher könnten nicht zuletzt als Lichtsammler für die Photovoltaik wichtige Anwendungen haben. Die Aussicht auf ein Schwarzes Loch in jedem Haushalt ist vielleicht nicht so weit hergeholt, wie es klingt.
Ref: arxiv.org/abs/0910.2159 : Ein elektromagnetisches Schwarzes Loch aus Metamaterialien