Для имитации эффекта черных и белых дыр на свете исследователи применили хром и две призмы прямоугольной формы. Созданное оптическое устройство способно поглощать или отражать свет, в зависимости от его поляризации.
Объекты с огромной массой, известные как черные дыры, оказывают настолько сильное влияние на пространство-время, что поглощают свет и материю без возможности их возврата. Существует разработанная теоретическая основа для изучения черных дыр, и, несмотря на то, что некоторые вопросы в этой области остаются нерешенными, их существование подтверждено. Другой концепцией, белая дыра, является скорее теоретическая конструкция, представляющая собой противоположность черной дыре: она не поглощает вещество и энергию, а наоборот, отталкивает их.
Физики создали новое оптическое устройство, имитирующее свойства черных и белых дыр. Принцип его работы основан на идеальном когерентном поглощении световых волн. В зависимости от поляризации, устройство способно либо практически полностью поглощать свет, либо отражать его. Ученые описали его в журнале Advanced Photonics.
Устройство включает в себя две призмы с углом 90 градусов, изготовленные из стекла BK7. Обе призмы имеют два внутренних угла и отполированы до гладкости 80 микрометров. Высота призмы составляет 15 миллиметров, а ширина основания («ноги») — 21,3 миллиметра. Поверхность одной из призм покрыта слоем хрома толщиной 20 нанометров и совмещена с другой линзой с применением жидкости с совпадающим со стеклом показателем преломления.
Две призмы формируют стоячую волну из падающего на них света. Эта волна взаимодействует с поглощающим слоем хрома и полностью поглощается или пропускает свет в зависимости от его поляризации. Устройство либо «глотает», либо отталкивает свет.
«Явления, происходящие в небесах, в особенности черные дыры, веками привлекали внимание и вызывали интерес у людей. Разработка их имитаций позволяет изучать физику удаленных объектов, так как математические модели и физические законы демонстрируют поразительное сходство в самых разнообразных системах — от космических образований до устройств на наноуровне и пикомасштабе», — сообщила ведущий автор исследования, профессор Нина Вайдья из Саутгемптонского университета (Великобритания ( Nina Vaidya).
Экспериментальные исследования подтвердили, что новое устройство способно воздействовать на электромагнитные волны, подобно взаимодействию света с гравитационными черными и белыми дырами. Согласно результатам моделирования, устройство в конфигурации, имитирующей черную дыру, эффективно поглощает свет, а в конфигурации, аналогичной белой дыре — формирует стоячую волну за счет интерференции падающего и отраженного света.
Разработанное физиками оптическое устройство способно служить моделью для исследования и имитации физики удаленных космических объектов. Кроме того, оно может стать практической основой для различных приложений, связанных с управлением электромагнитными волнами и усилением взаимодействия света с веществом, включая детекторы, преобразование энергии и технологии маскировки.