Weiße Löcher und Spülbecken

Drehen Sie Ihren Küchenhahn auf und der stetige Wasserstrahl verteilt sich zu einer dünnen kreisförmigen Scheibe, wenn er auf die Spüle trifft. Diese Scheibe hat eine ungewöhnliche Eigenschaft: Sie ist von einer kreisförmigen Lippe umgeben, an der sich die Höhe des Wassers schlagartig ändert.

Dieser sogenannte hydraulische Sprung hat Physiker seit mindestens hundert Jahren verwirrt (John Strutt, auch bekannt als Lord Rayleigh, veröffentlichte 1914 die erste mathematische Beschreibung des Phänomens). Solche hydrodynamischen Probleme sind bekanntlich schwer zu lösen.

In den letzten Jahren hat sich das Studium der hydraulischen Sprünge intensiviert. Das liegt daran, dass verschiedene Physiker darauf hingewiesen haben, dass hydraulische Sprünge Beispiele für viel exotischere Objekte sind: Weiße Löcher, das zeitumgekehrte Äquivalent von Schwarzen Löchern. (Ein weißes Loch ist eine Region, die Wellen und Teilchen aussenden kann, in die Wellen und Teilchen jedoch nicht eindringen können.) Das ist zwar eine interessante Vermutung, aber bisher hat noch niemand einen experimentellen Beweis.



Bis jetzt. Heute liefert Gil Jannes von der Universite de Nice Sophia Antipolis in Frankreich et amis genau den Beweis, den alle gesucht haben. Ein weißes Loch liegt vor, wenn der Wasserfluss über die Sprungschanze schneller ist, als Wellen sich fortbewegen können. Das bedeutet, dass die Wellen aus dem Loch entweichen, aber nicht gegen die Strömung eindringen können.

Aber das zu beweisen ist schwierig. Das Problem läuft darauf hinaus, diese beiden charakteristischen Eigenschaften des Weißen Lochs zu messen: den Wasserfluss in der kreisförmigen Scheibe und die Geschwindigkeit, mit der sich Wellen auf der Oberfläche dieses Wassers ausbreiten.

Das Problem ist, dass die Wasserschicht hauchdünn ist, was eine genaue Messung erschwert.

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Jannes und Co. können dieses Problem jedoch umgehen. Anstatt diese beiden Eigenschaften direkt zu messen, ist es möglich, ihr Verhältnis durch Messung des Mach-Kegels, der mit der überkritischen Strömung im inneren Bereich des Sprungs verbunden ist, zu bestimmen.

Das klingt kompliziert, ist aber eigentlich einfach. Stecken Sie Ihren Finger in die flache Wasserscheibe und die v-förmige Strömung um sie herum ist der Mach-Kegel. Der Winkel dieser V-Form ist der kritische Wert, den Sie messen müssen (siehe Bild).

Jannes et amis sagen, ihre Messungen belegen zum ersten Mal, dass der Kreissprung tatsächlich so exotisch ist, wie alle vermuteten. Wir zeigen experimentell, dass der kreisförmige hydraulische Sprung ein hydrodynamisches weißes Loch darstellt, sagen sie.

Das ist ein erstaunliches Ergebnis. Dadurch ist es möglich, die Eigenschaften der exotischsten Objekte des Universums in Ihrer Küchenspüle zu reproduzieren. Cool!

Ref: arxiv.org/abs/1010.1701 : Der Kreissprung ist ein weißes Loch

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