Впервые создана чёрная дыра для света
Над первой рукотворной чёрной дырой для микроволнового излучения работали американские теоретики и китайские инженеры. Ловушка для электромагнитных волн получилась довольно компактной.
Теоретическое описание устройства, которое могло бы затягивать световые лучи, представили в начале года Александр Килдышев и Владимир Шалаев из университета Пардью. Тогда учёные выпустили статью в журнале Physical Review Letters (её также можно скачать здесь, PDF-документ, 3,05 мегабайта).
В основе идеи лежало представление о космических чёрных дырах, которые благодаря сильнейшей гравитации искривляют пространство-время и затягивают в свои недра всю окружающую материю и излучение.
Американские физики посчитали, что существует возможность создания устройства, которое схожим образом искривляло бы световые лучи и приводило их к своему центру. Для этого необходимо было бы построить цилиндрическую структуру, состоящую из центрального ядра и ряда концентрических колец.
А так рукотворная чёрная дыра выглядит в реальности (внешний диаметр 22 сантиметра).
60 концентрических слоёв различаются не только физическими характеристиками, но и формой, которая показана на врезках (фото Qiang Cheng, Tie Jun Cui).
Изменяя путь прохождения света, необходимо сделать так, чтобы диэлектрическая проницаемость колец, влияющая на электрическую составляющую электромагнитного излучения, постепенно (и плавно) возрастала от края к центру. Подобное устройство было бы аналогом искривления пространства-времени близ настоящей чёрной дыры.
Чтобы в центре не произошло отражения, а наоборот, свет поглотился, диэлектрическая проницаемость ядра должна совпасть с таковой у последнего кольца.
Именно такой аппарат создали Те Цзунь Цуй (Tie Jun Cui) и Цян Чэн (Qiang Cheng) из Юго-восточного университета Нанкина (Southeast University in Nanjing): 60 колец, сложных структур из метаматериалов (metamaterial), составляют оболочку устройства (40 внешних колец) и ядро-поглотитель (20 внутренних). Правда, пока китайским учёным удалось таким образом поймать лишь микроволновое излучение.
«Когда электромагнитная волна попадает на поверхность устройства, она захватывается и направляется от оболочки к центру, где поглощается. Ядро преобразует абсорбированный свет в тепло», — рассказывает Цуй.
«Не ожидал, что им удастся так быстро реализовать эту идею на практике», — комментирует Евгений Нариманов, ещё один сотрудник лаборатории профессора Шалаева, который участвовал во многих работах подобного рода.
Распределение электрических полей. Два пунктирных круга обозначают края внешней оболочки и внутреннего ядра. Сверху: луч падает под прямым углом к поверхности устройства. Посередине: под наклоном.
Внизу: три луча падают на чёрную дыру под наклоном (фото Qiang Cheng, Tie Jun Cui).
Что же касается видимого света, то его китайские физики пообещали поглотить к концу года. И это несмотря на то, что работать с ним будет гораздо сложнее.
Длина волн видимого света на порядок меньше того же значения для микроволнового излучения, а значит, и отлавливающие их кольца должны быть более миниатюрными.
Новинку можно будет использовать для создания более эффективных солнечных батарей. Например, «чёрная дыра» пригодится там, где много рассеянного света.
Ведь подобное устройство затягивает в себя лучи любого направления. «Если мы добьёмся чего-то подобного, нам больше не понадобятся эти гигантские параболические зеркала», — считает Нариманов.
Статья китайских учёных опубликована в Applied Physics Letters (препринт статьи можно найти на сайте ArXiv.org). Читайте также о попытках физиков воплотить в реальность при помощи метаматериалов шапку-невидимку и суперрассеиватели, которые создают иллюзию, что объекты больше, чем они есть на самом деле.
А ещё познакомьтесь с моделью чёрной дыры в треугольной капле воды и звуковой чёрной дырой.
Гигантская черная дыра(Monster Black Hole)
