10/10/22 17:07:20
台所のシンクに蛇口から水を落とすとできる「輪っか」は、ブラックホールの時間反転解である
ホワイトホールと同じ物理法則を体現していることが、このほど初めて実験によって証明された。
蛇口から出た水流が、シンクの底の平らな表面にぶつかると、水は薄い円盤状に広がり、
その周囲では水が盛り上がって円盤の境界を形成する。このように水が急に盛り上がる現象は
跳水(hydraulic jump)と呼ばれる。
物理学者はこの跳水について、もし円盤の内側の波が、円盤の外側の波より高速であれば、
事象の地平面に近似した状態になっている可能性があると考えられている。そのような場合、
水は外側から円盤に接近することはできるが、円盤の内側に入っていくことはできない。
「したがって跳水は、一方通行の膜、すなわちホワイトホールを構成することになる。
跳水の外側の水面波は、内部領域に侵入することはできない。光がブラックホールの中に
閉じ込められるのと全く同じ意味において、水面波は外部領域に閉じ込められる」と、
今回の実験を手がけた物理学者のGil Jannes氏とGermain Rousseaux氏は、研究論文の中で
述べている。フランスのニース＝ソフィア・アンチポリス大学に所属する両氏らの研究チームは、
プレプリント・サーバー[学術雑誌に掲載される前の論文の公開に使用されるサーバー]の
『arXiv』に10月8日付で論文を投稿した。
円盤の内側と外側、それぞれの波の速度を計測することは非常に難しいため、
Jannes氏率いる研究チームは、「マッハコーン」を作ることで、両者の速度の比率を
測定することにした。マッハコーンは、物体が音速を超えて移動するときに発生する、
円錐の形をした[衝撃]波だ。
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超音速で飛行する航空機に発生した円錐形の衝撃波(マッハコーン)。画像はwikipedia
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跳水の端において高速の流れをさえぎると、小さいが、幾何学的にはそれと同一のコーン
(円錐形)が発生する。
コーンの広がる角度がぴったり90度になれば、内側へ入ってくる波と、外側へ出ていく波は、
ちょうど同じ速度ということになる。そしてこれは、ブラックホールまたはホワイトホールにおける
事象の地平面について予測されている状態と一致する。
ホワイトホールを作り出すために、研究チームは、スチール製ノズルからシリコンオイルを流し、
ポリ塩化ビニル(PVC)製の正方形のプレート(1辺 30センチメートル)の上に注いだ。
シリコンオイルを使用することで、液体の流れはより滑らかに、予測しやすくなり、
それによって発生する跳水が、多角形などの複雑な形状ではなく、きれいな円形になった。
そのオイルの中へ1本の針を突き立てると、「マッハコーン」が発生した。落下したオイルが
プレート表面にぶつかっている地点のすぐ外側に針を置いた場合、液体が針に分けられて
できた円錐の角度は約18度となった。針をもう少し外側へ置くと、角度は約45度に広がり、
さらに跳水の先端付近に置くと、角度は90度になった。これは、内側へ入ってくる波と、
外側へ出ていく波が、ちょうど同じ速度ということを意味し、「事象の地平線という概念は、
相対性理論だけに限定されないことを示している」と研究チームは書いている。
（一部省略）
ソース：wiredvision
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論文：The circular jump is a white hole
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