用水箱模拟黑洞
在实验室中很难制造黑洞,因为你必须要收集大量的质量并挤压它,直到它的半径小于史瓦西半径,这样它就能在引力作用下坍缩。这种技术对我们来说太难了,我们从来都没有实现过。然而,我们可以用水箱模拟一个黑洞,它可以告诉我们许多黑洞的性质。
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水模拟黑洞是可能的,因为描述水行为的数学与描述引力波等事物行为的数学是相似的。引力相互作用以类似流体的方式发生,所以你可以用流体来研究它们。然而,这些水模型有局限性,因此在研究水模拟时需要小心。
关于黑洞水模型的一个问题是,你需要驱动模拟来保持它的运行。假设你想研究物质是如何被黑洞捕获的,你可以通过水的漩涡来模拟黑洞,这就像你有时在给浴缸放水时看到的龙卷风一样。为了让漩涡持续下去,你必须给你的系统供电,让这个模式保持稳定足够长的时间,以便你得到可靠的数据。
正因为如此,人们普遍认为,水模型不能表现出真正的黑洞应该出现的效果。例如,当黑洞捕获物质时,它的质量就会增加,质量的增加改变了黑洞弯曲其周围时空的方式,从而略微改变了周围的时空。这是一个重要的现象,但它是微妙的,很难进行研究。
然而,最近一个研究小组发现,水模拟黑洞的模型中可以看到这种现象。该项研究调查了引力波背景如何与旋转的黑洞相互作用。在他们的水模型中,他们创造了一个模拟黑洞的水漩涡,然后产生一个朝着这个漩涡的波纹。涡旋与波纹之间的反应导致了涡旋比平常增长得更快。通过这种方式,引力波可以通过反作用方式加速黑洞的成长。
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在水模拟中,这种反应非常强烈,当它发生时,团队可以明显地看到水箱的水位下降,这证明了该反应可以在短时间内发生。
【 用水箱模拟黑洞】一般情况下,我们在做水模拟时必须假定背景是稳定的。但这项研究表明,在许多水模拟中,物质与环境的作用必须被考虑在内。要在实验室里制造出真正的黑洞还需要一段时间。幸运的是,像这样的水模拟仍然有很多东西可以教给我们。
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