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在浴缸里重新创造的黑洞边缘

一项新的实验模拟了充满荧光绿水的浴缸中黑洞的边缘,如图所示。诺丁汉大学的

数学家和科学家们用波模拟了黑洞周围的区域,当波在一个简单的水桶中绕着排水管旋转时。

新的模拟首次证实了一个长期提出的理论,叫做超辐射,关于黑洞是如何向下运动的,这项研究的合著者、英国诺丁汉大学的数学家西尔克·温弗特纳说:

“事实证明,我们的装置中的波遵循着同样的数学原理,如果你愿意的话,就像黑洞周围的小波动一样,”温弗特纳告诉《现场科学》对于系统中的小涟漪来说,这看起来像是旋转黑洞的模拟?10个科幻概念

黑洞旋转

黑洞,或者甚至连光都无法从中逃逸的巨大致密天体的真实性,完全可以用三个特征来描述:它们的质量、电荷和自旋或角动量。黑洞吞噬了任何超越其视界的物体;甚至重力都无法逃脱它们的控制。但是在黑洞视界的边缘发生的事情就不那么清楚了,

黑洞也可能死亡。这些超大质量物体溶解的一种方式是通过一种叫做霍金辐射的现象。物理学家史蒂芬·霍金首先提出了这个概念,他指出量子辐射可以通过量子隧穿过程从黑洞边缘泄漏出来。

,但在过去的一个世纪里,许多物理学家,包括著名的数学物理学家罗杰·彭罗斯,已经提出了另一种黑洞基本上可以向下运动的方式:当黑洞自身开始更慢地旋转时,在黑洞周围拖曳而 ... 过其视界的波可能获得角动量。

通常,当你向一个物体发送波时,它会失去一部分能量研究报告的合著者、巴西ABC联邦大学的物理学家毛里西奥·里查茨(Mauricio Richartz)说有了超辐射,情况就完全相反了:波接近物体,反而获得能量。

一位科学家甚至提出,当电磁波接近旋转的圆柱体时,类似的机制可能适用于电磁波。但是没有办法测试它,因为圆柱体必须以接近光速的速度旋转才能产生可检测到的超辐射水平,Richartz说,

一大盆水

,但Weinfurtner和她的同事认为也许有一种更简单的 ... 来测试这个想法——用水和波。Weinfurtner首先尝试使用底部有孔的水桶进行简单的模拟,但这只会导致洪水泛滥。

这项新研究发表在6月14日的《自然物理学》杂志上,研究小组使用了一种更为复杂的浴缸。研究小组使用了一个巨大的、9.8英尺长(3米)的浴缸,浴缸中央有一个排水管。他们把荧光绿染料放在水中。在浴缸上方,他们放置了光探测传感器,探测水和空气之间边界上的波,进而测量水中波速的变化。一张特殊的纸,上面有小孔,也被用来追踪漩涡周围区域的流体流动。当波接近排水沟的环形“黑洞”时,它们的振幅或高度比波高出约14%,这意味着它们实际上获得了能量。

新的发现表明,即使在条件不理想的情况下,超辐射现象也惊人地强劲,温弗特纳说,

“如果你没有一个严格的地平线呢?如果有什么东西能再逃走呢?”温弗特纳说,

(很明显,许多东西可以从一个排水的浴缸中逃出,不像从真正的黑洞中逃出。)

结果表明,即使是这些不完善的系统也证明了d这种现象。

通过以一种技术上具有挑战性和想象力的方式扩展一个古老的水波模拟实验,西尔克·温弗特纳和她的同事们创造了似乎是超辐射基本现象的第一个实验室演示,“迈克尔·贝里,布里斯托尔大学的一位物理学家在写给《生活科学》的电子邮件中写道,他没有参与这项工作。[宇宙中最奇怪的黑洞]

暗物质和天体物理问题

路易斯·莱纳说,这种新 ... 也可以成为一个很好的测试环境,用于了解更多关于神秘天体的信息,加拿大周界研究所的一位物理学家,他没有参与这项研究。

“黑洞仍然是非常神秘的物体”,因此能够在受控的实验室环境中研究它们的一些行为将有助于提供关于它们的进一步直觉,莱纳补充说。

这些发现也有助于约束暗物质是一种神秘的物质,它能产生引力,并构成宇宙的大部分质量,但却不与光相互作用,莱纳说,在一种模型中,

,例如,暗物质是由一个巨大的场组成的。对于某些参数,这个暗物质场的相互作用将通过超辐射显著减缓黑洞的角旋转。

“因此,黑洞自旋的测量可以用来约束这些暗物质模型,”莱纳说。

最初发表在《生命科学》上。

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