Analogue gravity phenomenology : analogue spacetimes and horizons, from theory to experiment

پدیدارشناسی گرانش آنالوگمجموعه‌ای از مشارکت‌ها است که طیف وسیعی از حوزه‌های فیزیک را شامل می‌شود، از انتشار امواج سطحی در سیالات گرفته تا اپتیک غیرخطی. جنبه مشترک زیربنایی همه این موضوعات، و از این رو تمرکز و دیدگاه اصلی که از آن در اینجا توضیح داده شده است، تلاش برای توسعه مدل های آنالوگ برای سیستم های گرانشی است. انگیزه اصلی و اصلی این میدان، راستی‌آزمایی و مطالعه تابش هاوکینگ از یک افق است: ویژگی توانمند امکان تولید افق در آزمایشگاه با طیف گسترده‌ای از سیستم‌های فیزیکی است که شامل جریانی از یک نوع یا دیگری است. سال‌های حول و حوش 2010 و به بعد شاهد افزایش ناگهانی فعالیت‌های تجربی در این زمینه تحقیقاتی در حال گسترش بود. با این حال، ایجاد تخصص در گرانش آنالوگ مستلزم این است که محقق به طیف نسبتاً وسیعی از دانش و علایق مجهز باشد. هدف این کتاب این است که خواننده را با آخرین پیشرفت‌ها به‌روز کند و زمینه‌های اساسی مورد نیاز برای درک اهداف، مشکلات و داستان‌های موفقیت در زمینه گرانش آنالوگ را فراهم کند.

هر کدام. فصل کتاب به موضوع متفاوتی می پردازد که به طور مفصل توسط متخصصان اصلی برای هر رشته خاص توضیح داده شده است. فصل‌های اول مروری بر فضازمان‌های سیاه‌چاله و تشعشعات هاوکینگ ارائه می‌کنند، قبل از اینکه به توصیف طیف گسترده‌ای از فضازمان‌های آنالوگ که پیشنهاد شده‌اند و در حال حاضر تحت بررسی هستند، بپردازیم. سپس این بخش مقدماتی با توصیف عمیقی از آنچه در حال حاضر امیدوارکننده‌ترین تنظیمات فضا-زمان آنالوگ هستند، یعنی امواج سطحی در سیالات جاری، نوسانات صوتی در میعانات بوز-اینشتین و امواج الکترومغناطیسی در اپتیک غیرخطی، دنبال می‌شود. هم تئوری و هم تلاش های تجربی به تفصیل توضیح داده شده اند. فصول پایانی به جنبه‌های دیگر گرانش آنالوگ فراتر از مطالعه تابش هاوکینگ، مانند نقض ناپذیری لورنتس و حرکت براونی در فضازمان‌های منحنی، قبل از پایان با بازگشت به مبدأ میدان و شرح شواهد رصدی موجود برای افق‌ها اشاره می‌کنند. در سیاهچاله های اخترفیزیکی.

Analogue Gravity Phenomenology is a collection of contributions that cover a vast range of areas in physics, ranging from surface wave propagation in fluids to nonlinear optics. The underlying common aspect of all these topics, and hence the main focus and perspective from which they are explained here, is the attempt to develop analogue models for gravitational systems. The original and main motivation of the field is the verification and study of Hawking radiation from a horizon: the enabling feature is the possibility to generate horizons in the laboratory with a wide range of physical systems that involve a flow of one kind or another. The years around 2010 and onwards witnessed a sudden surge of experimental activity in this expanding field of research. However, building an expertise in analogue gravity requires the researcher to be equipped with a rather broad range of knowledge and interests. The aim of this book is to bring the reader up to date with the latest developments and provide the basic background required in order to appreciate the goals, difficulties, and success stories in the field of analogue gravity.

Each chapter of the book treats a different topic explained in detail by the major experts for each specific discipline. The first chapters give an overview of black hole spacetimes and Hawking radiation before moving on to describe the large variety of analogue spacetimes that have been proposed and are currently under investigation. This introductory part is then followed by an in-depth description of what are currently the three most promising analogue spacetime settings, namely surface waves in flowing fluids, acoustic oscillations in Bose-Einstein condensates and electromagnetic waves in nonlinear optics. Both theory and experimental endeavours are explained in detail. The final chapters refer to other aspects of analogue gravity beyond the study of Hawking radiation, such as Lorentz invariance violations and Brownian motion in curved spacetimes, before concluding with a return to the origins of the field and a description of the available observational evidence for horizons in astrophysical black holes.