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科学探索

在实验室中制造三种黑洞

科学探索万象经验2023-05-08

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的速度时,再次模拟了事件视界。