211service.com
Witte gaten en gootstenen
Zet je keukenkraan open en de gestage stroom water zal zich verspreiden in een dunne ronde schijf wanneer het de gootsteen raakt. Deze schijf heeft een bijzondere eigenschap: hij is omgeven door een ronde lip, waar de hoogte van het water plotseling verandert.
Deze zogenaamde hydraulische sprong houdt natuurkundigen al minstens honderd jaar in verwarring (John Strutt, ook wel bekend als Lord Rayleigh, publiceerde de eerste wiskundige beschrijving van het fenomeen in 1914). Dit soort hydrodynamische problemen zijn notoir moeilijk aan te pakken.
In de afgelopen jaren is de studie van watersprongen geïntensiveerd. Dat komt omdat verschillende natuurkundigen erop hebben gewezen dat hydraulische sprongen voorbeelden zijn van veel exotischere objecten: witte gaten, het in de tijd omgekeerde equivalent van zwarte gaten. (Een wit gat is een gebied dat golven en deeltjes kan uitzenden, maar waar golven en deeltjes niet binnen kunnen komen.) Hoewel dat een interessant vermoeden is, heeft niemand experimenteel bewijs gevonden.
Tot nu. Vandaag de dag leveren Gil Jannes aan de Universite de Nice Sophia Antipolis in Frankrijk et amis precies het bewijs waar iedereen naar op zoek was. Er is sprake van een wit gat als de waterstroom over de watersprong sneller is dan golven kunnen reizen. Dit betekent dat de golven uit het gat kunnen ontsnappen, maar er niet tegen de stroom in kunnen binnendringen.
Maar dit bewijzen is lastig. Het probleem komt neer op het meten van deze twee karakteristieke eigenschappen van het witte gat: de stroming van water in de cirkelvormige schijf en de snelheid waarmee golven op het oppervlak van dit water reizen.
Het probleem is dat de waterlaag flinterdun is, waardoor het moeilijk is om nauwkeurig te meten.
Jannes en co hebben echter een oplossing voor dit probleem. In plaats van deze twee eigenschappen rechtstreeks te meten, is het mogelijk om hun verhouding te vinden door de Mach-kegel te meten die is gekoppeld aan de superkritische stroming in het binnenste gebied van de sprong.
Dat klinkt ingewikkeld, maar is eigenlijk heel eenvoudig. Steek je vinger in de platte schijf van water en de v-vormige stroom eromheen is de Mach-kegel. De hoek van deze v-vorm is de kritische waarde die je moet meten (zie afbeelding).
Jannes et amis zeggen dat hun metingen voor het eerst bewijzen dat de cirkelvormige sprong inderdaad zo exotisch is als iedereen veronderstelde. We bieden een experimentele demonstratie dat de circulaire hydraulische sprong een hydrodynamisch wit gat vertegenwoordigt, zeggen ze.
Dat is een geweldig resultaat. Het betekent dat het mogelijk is om de kenmerken van de meest exotische objecten in het universum in uw aanrecht te reproduceren. Koel!
Referentie: arxiv.org/abs/1010.1701 : De cirkelvormige sprong is een wit gat