211service.com
Kunstmatig zwart gat gemaakt in Chinees laboratorium
Als je nog nooit hebt gehoord van metamaterialen en wat ze kunnen doen, waar ben je dan geweest? De meeste media-aandacht tot nu toe was gericht op onzichtbaarheidsmantels, maar dat is nog maar het begin van het plezier dat natuurkundigen met dit spul kunnen hebben. Nog maar een paar weken geleden bespraken we hoe we de oerknal in een metamateriaal konden nabootsen. En eerder dit jaar suggereerde een groep natuurkundigen dat het mogelijk moet zijn om met metamaterialen een zwart gat te creëren. Dat is een interessant idee, maar een demonstratie zou spannender zijn.
Stap naar voren Qiang Cheng en Tie Jun Cui in het State Key Laboratory of Millimeter Waves aan de Southeast University in Nanjing, China, die metamaterialen hebben gebruikt om 's werelds eerste kunstmatige zwarte gat in hun laboratorium te creëren. Ja, een echt zwart gat.
Dat is niet zo eng als het klinkt. Een zwart gat is een gebied in de ruimte waaruit licht niet kan ontsnappen (daarom is het zwart). Volgens de relativiteitstheorie van Einsteins ontstaan zwarte gaten wanneer de ruimte zo vervormd raakt door een grote massa dat licht niet aan zijn zwaartekrachtsveld kan ontsnappen.
Maar de zwaartekracht hoeft er niet bij betrokken te zijn. Metamaterialen vervormen ook de ruimte, hoe dan ook wat licht betreft (in feite is er een formele wiskundige analogie tussen deze optische en zwaartekrachtvervormingen). Natuurkundigen hebben deze vervorming al uitgebuit om licht rond een object in een metamateriaal te sturen om een onzichtbaarheidsmantel te creëren. Als dat mogelijk is, zouden ook meer exotische vervormingen mogelijk moeten zijn.
Nu hebben Qiang en Tie een metamateriaal gecreëerd dat de ruimte zo sterk vervormt dat licht dat erin komt (in dit geval microgolven) niet kan ontsnappen.
Hun zwarte gat bestaat uit 60 lagen printplaten die in concentrische cirkels zijn gerangschikt (zie afbeelding hieronder). De printplaten zijn gecoat in een dunne laag koper waaruit Qiang en Tie twee soorten patronen hebben geëtst die ofwel op microgolffrequentie resoneren of niet.
In hun experimenten hebben ze microgolven gemeten op 18 GHz die binnenkomen en er geen uitkomen. En de cirkelvormige symmetrie van hun metamateriaal betekent dat de microgolven in alle richtingen tegelijk worden geabsorbeerd. Wat ze hebben gebouwd, is 's werelds eerste kunstmatige zwarte gat. (Voor het geval je je afvraagt: de energie die door het zwarte gat wordt geabsorbeerd, wordt uitgestraald als warmte.)
Dat is een opwindend stukje natuurkunde en niet alleen omdat het een headline grabber is. Kunstmatige zwarte gaten kunnen belangrijke toepassingen hebben, niet in de laatste plaats als lichtoogstmachines voor fotovoltaïsche energie. Het vooruitzicht van een zwart gat in elk huishouden is misschien niet zo vergezocht als het klinkt.
Referentie: arxiv.org/abs/0910.2159 : Een elektromagnetisch zwart gat gemaakt van metamaterialen