史無前例的“量子龍卷風”實現(xiàn)了破紀錄的黑洞模擬

在實驗室中控制的超流體渦旋正在幫助物理學家更多地了解黑洞.

在冷卻到絕對零度以上幾分之一的氦氣中產生的漩渦模擬了這些物體的引力環(huán)境如此高的精度，它為它們如何拖曳和扭曲周圍的時空提供了前所未有的洞察力。

“使用超流體氦使我們能夠比以前在水中的實驗更詳細、更準確地研究微小的表面波。物理學家帕特里克·斯萬卡拉（Patrik ?van?ara）解釋道英國諾丁漢大學，領導了這項研究。

“由于超流體氦的粘度非常小，我們能夠仔細研究它們與超流體龍卷風的相互作用，并將研究結果與我們自己的理論預測進行比較。

黑洞很可能是整個宇宙中最奇怪、最極端的物體。眾所周知，它們也很難研究。他們不要發(fā)出任何我們可以檢測到的輻射;我們可以只能看到來自他們周圍空間的光.但是我們有一些非常好的理論研究，可以非常準確地描述他們觀察到的行為。

我們可以更多地了解它們的一種方法是創(chuàng)建黑洞類似。這些是實驗可以重新創(chuàng)建黑洞理論闡明他們行為的其他方面.一種類型的黑洞模擬是漩渦或漩渦。

任何足夠接近黑洞的物質都會開始在它周圍旋轉，然后落到它上面，就像水在下水道中盤旋和汩汩流淌一樣。

這種比較是如此貼切，以至于科學家們甚至構建水漩渦以研究黑洞行為.然而，?van?ara 和他的同事們希望更進一步——使用超流體氦氣.

這是氦的同位素——氦-4——已被冷卻到-271攝氏度（-456華氏度），略高于絕對零度.在這種極冷的溫度下，玻 色子在氦-4中，速度減慢到足以重疊并表現(xiàn)為一個超級原子 - 零粘度的流體或超流體。

該團隊利用超流體氦-4不尋常的量子特性產生了一種“量子龍卷風”。

“超流體氦含有稱為量子渦旋的微小物體，它們往往會彼此分開，”?van?ara 說.“在我們的設置中，我們已經(jīng)成功地將數(shù)以萬計的量子限制在一個類似于小型龍卷風的緊湊物體中，從而在量子流體領域實現(xiàn)了具有破紀錄強度的渦流。

通過研究這種龍卷風，研究人員能夠確定渦旋流與旋轉黑洞對其周圍彎曲時空的影響之間的相似之處。特別是，研究人員觀察到類似于黑洞的駐波綁定狀態(tài)，以及類似于新形成的黑洞的振鈴.

而這僅僅是個開始?，F(xiàn)在，研究人員已經(jīng)證明他們的實驗按照他們的預期方式工作，漩渦有望解鎖黑洞科學的新領域。

“當我們第一次觀察到黑洞物理學的清晰特征時，我們的初始早在2017年的模擬實驗，這是一個突破性的時刻，可以理解一些奇怪的現(xiàn)象，這些現(xiàn)象通常具有挑戰(zhàn)性，如果不是不可能的話，以其他方式進行研究。物理學家Silke Weinfurtner說諾丁漢大學。

“現(xiàn)在，通過我們更復雜的實驗，我們已經(jīng)將這項研究提升到了一個新的水平，這最終可能導致我們預測量子場在天體物理黑洞周圍的彎曲時空中的行為。

該研究已發(fā)表在自然界.

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