У известного водоворота в Норвежском море и образований, способных поймать в ловушку сам свет, не только сходные математические описания, но и вполне реальное поведенческое сходство.
В последнее десятилетие оптикам удалось создать материалы с отрицательным коэффициентом преломления, при помощи которых свет может огибать объекты так, как будто их не было. Такие структуры искривляют свет так же, как чёрные дыры в далёком космосе. Вот только ЧД делают это гравитацией, а не преломляя лучи. Пользуясь этим фундаментальным сходством, некоторые физики получили в лабораториях модели «чёрных дыр» в оптическом смысле этого слова. Интересно, что для таких «ЧД из метаматерии» даже удалось найти аналоги горизонта событий и ряда других явлений, ранее относившихся только к настоящим чёрным дырам.
Но оказалось, что метаматериалы не единственный аналог чёрных дыр. Георг Халлер (George Haller) из Швейцарского федерального технологического института вместе с другими исследователями обнаружил нечто подобное в явлении турбулентности.
Оказывается, водовороты в бурной воде, хорошо известные вам по художественному изложению Эдгара Алана По, описываются системой уравнений, близкой к используемой для анализа окрестностей чёрных дыр. Каждый водоворот на своей границе имеет зону, которая с точки зрения математики представляет собой полный аналог сингулярности чёрной дыры. Самой примечательной чертой морских водоворотов считается пограничная зона, где обломки и пена могут бесконечно долго вращаться, но так и не попасть в воронку. А это, между прочим, абсолютный аналог так называемых фотонных сфер.
Напомним сущность последних. До горизонта событий, попав за который фотоны уже никогда не выйдут обратно, простирается фотонная сфера, которая в полтора раз больше радиуса самого горизонта событий. В ней на фотоны действует мощнейшая гравитация, поэтому они вращаются только по круговым орбитам, но в ряде случаев могут вырываться с этих орбит или проваливаться за горизонт событий, только происходит это довольно редко. Представим, что вы — один их этих фотонов. Тогда, глядя от ЧД, вы увидите примерно следующее:
Нижняя часть изображения черна, поскольку все возможные траектории света, ведущие в эту часть, приходят из чёрной дыры, а, она, понятно, совсем не белая. Верхняя часть неба ловит фотоны из окружающего мира, следовательно, там всё должно быть поярче. А посередине лежит та самая фотонная сфера, в которую угодили вы — как пена и щепки в Мальстрём.
В принципе, будь вы в фотонной сфере лично (что нелегко в силу её практически нулевой толщины), фотоны от вашего затылка, не имея сил вырваться и описав полный круг по фотонной сфере, попали бы в ваши глаза, отчего вы увидели бы себя со спины.
Чтобы узнать на практике, сходно ли поведение крупных масс воды с описаниями чёрных дыр, учёные сравнили спутниковые данные по 8 крупным водоворотам 2006–2008 годов в южной Атлантике и пришли к выводу, что подобие такого рода действительно не выдумка теоретиков.
Как отмечают физики, наличие у морских водоворотов аналогов сингулярности и фотонной сферы наводит на мысль о том, что подобные образования могут переносить внутри себя значительное количество морского мусора, не выпуская его наружу и, следовательно, оказывают серьёзное воздействие на морские экосистемы, аккумулируя мусор в определённых точках и «пылесося» обычную морскую гладь. Кроме того, авторы делают предположение о возможной гомологичности как окрестностей чёрных дыр, так и земных водоворотов с процессами вроде бури Большого красного пятна на Юпитере и других планетах-гигантах.
Отчёт об исследовании вскоре будет опубликован в Journal of Fluid Mechanics , а его препринт можно полистать здесь.
Подготовлено по материалам Technology Review.
Текст: Александр Березин
Источник
В последнее десятилетие оптикам удалось создать материалы с отрицательным коэффициентом преломления, при помощи которых свет может огибать объекты так, как будто их не было. Такие структуры искривляют свет так же, как чёрные дыры в далёком космосе. Вот только ЧД делают это гравитацией, а не преломляя лучи. Пользуясь этим фундаментальным сходством, некоторые физики получили в лабораториях модели «чёрных дыр» в оптическом смысле этого слова. Интересно, что для таких «ЧД из метаматерии» даже удалось найти аналоги горизонта событий и ряда других явлений, ранее относившихся только к настоящим чёрным дырам.
| Совпадают не только математические тензоры, используемые для описания водоворотов и ЧД, но и реальные атрибуты: у водоворота есть полный аналог фотонной сферы. (Здесь и ниже иллюстрации George Haller et al.) |
Но оказалось, что метаматериалы не единственный аналог чёрных дыр. Георг Халлер (George Haller) из Швейцарского федерального технологического института вместе с другими исследователями обнаружил нечто подобное в явлении турбулентности.
Оказывается, водовороты в бурной воде, хорошо известные вам по художественному изложению Эдгара Алана По, описываются системой уравнений, близкой к используемой для анализа окрестностей чёрных дыр. Каждый водоворот на своей границе имеет зону, которая с точки зрения математики представляет собой полный аналог сингулярности чёрной дыры. Самой примечательной чертой морских водоворотов считается пограничная зона, где обломки и пена могут бесконечно долго вращаться, но так и не попасть в воронку. А это, между прочим, абсолютный аналог так называемых фотонных сфер.
Напомним сущность последних. До горизонта событий, попав за который фотоны уже никогда не выйдут обратно, простирается фотонная сфера, которая в полтора раз больше радиуса самого горизонта событий. В ней на фотоны действует мощнейшая гравитация, поэтому они вращаются только по круговым орбитам, но в ряде случаев могут вырываться с этих орбит или проваливаться за горизонт событий, только происходит это довольно редко. Представим, что вы — один их этих фотонов. Тогда, глядя от ЧД, вы увидите примерно следующее:
Нижняя часть изображения черна, поскольку все возможные траектории света, ведущие в эту часть, приходят из чёрной дыры, а, она, понятно, совсем не белая. Верхняя часть неба ловит фотоны из окружающего мира, следовательно, там всё должно быть поярче. А посередине лежит та самая фотонная сфера, в которую угодили вы — как пена и щепки в Мальстрём.
В принципе, будь вы в фотонной сфере лично (что нелегко в силу её практически нулевой толщины), фотоны от вашего затылка, не имея сил вырваться и описав полный круг по фотонной сфере, попали бы в ваши глаза, отчего вы увидели бы себя со спины.
Чтобы узнать на практике, сходно ли поведение крупных масс воды с описаниями чёрных дыр, учёные сравнили спутниковые данные по 8 крупным водоворотам 2006–2008 годов в южной Атлантике и пришли к выводу, что подобие такого рода действительно не выдумка теоретиков.
| Двигаясь по Южной Атлантике с востока на северо-запад, водовороты несут с собой значительное количество захваченного материала, почти не допуская его утечки вовне. |
Как отмечают физики, наличие у морских водоворотов аналогов сингулярности и фотонной сферы наводит на мысль о том, что подобные образования могут переносить внутри себя значительное количество морского мусора, не выпуская его наружу и, следовательно, оказывают серьёзное воздействие на морские экосистемы, аккумулируя мусор в определённых точках и «пылесося» обычную морскую гладь. Кроме того, авторы делают предположение о возможной гомологичности как окрестностей чёрных дыр, так и земных водоворотов с процессами вроде бури Большого красного пятна на Юпитере и других планетах-гигантах.
Отчёт об исследовании вскоре будет опубликован в Journal of Fluid Mechanics , а его препринт можно полистать здесь.
Подготовлено по материалам Technology Review.
Текст: Александр Березин
Источник
0 комментариев:
Комментариев нет.