在实验室中制造三种黑洞

模拟黑洞的整个想法是由比尔·安鲁于1972年提出，他提出过著名的安鲁效应，我们在之前的文章也介绍过。模拟黑洞的第一个类比是一个纯粹的思想实验：想象一条生活在河流中的盲鱼，如果河流几乎没有移动，声音会均匀地向所有方向传播 。通常，鱼可以通过聆听上游和下游的声音来探索世界，因为河流的速度比声音在水中传播的速度慢得多。但是在河流的某个地方，流水的速度超过了水中的声速，那么声音将被介质水拖着，下游发出的声音将永远到达不了上游。

如果我们把光看作声音，把时空看作水，我们就有了一个模拟黑洞。水流速度等于水中声速的地方是我们的事件视界。安鲁认为，这只是事件视界的一个说明性的例子。到1982年，他意识到这两种情况在数学上有更多的共同点，事实证明流体动力学方程可以用一种类似于控制时空流动的方程——广义相对论方程的形式来表达，并且在这些流体流动方程中表达的涡旋类似于黑洞。

其中一种设置使用一个水箱，里面放置了一个倾斜的障碍物。当水流流过倾斜的障碍物时水深会减小，根据伯努利定律水流会加速，而表面波的速度会减小。某些时候，水流比表面波更快，如果水流方向与表面波相反，那就可以模拟事件视界。还有一些其他实验在水箱中使用精心设计的孔来制造经典涡流。当向下的水流达到水箱表面波的速度时，再次模拟了事件视界。

在这些模拟的事件视界中，物理学家可以寻找类似黑洞的行为，例如霍金辐射，让我们快速回顾一下。1974 年斯蒂芬·霍金预测，真正的黑洞会将它们的质量作为一种辐射泄漏出去。流行的描述是成对的虚拟粒子出现在事件视界附近并且被分开，一个落入黑洞而另一个逃逸出去。更技术性的描述涉及黑洞散射、量子场的振动模式。

更深入的见解可能需要一个模拟的量子黑洞。当气体冷却到几乎绝对零时，就会出现玻色-爱因斯坦凝聚体。在这些温度下，通常是微观的量子效应可以变成宏观的。物理学家在这种状态下对超冷铷原子进行了实验，使用激光可以有效地在气体中产生流动。当激光推动气体时，铷原子想要移出光束。此处激光的边缘充当事件视界，铷原子没有足够的能量跳回。和真正的黑洞一样，一些铷原子确实作为霍金辐射逃逸。在这里，不仅可以测量霍金辐射的存在，还可以测量霍金辐射的温度。从玻色-爱因斯坦凝聚物中获取蒸发粒子的温度，为黑洞地霍金辐射提供了最有力的直接实验证据。除了铷气体之外，还有其他物理系统也能进行模拟。