史無前例的“量子龍卷風(fēng)”實(shí)現(xiàn)了破紀(jì)錄的黑洞模擬

在實(shí)驗(yàn)室中控制的超流體渦旋正在幫助物理學(xué)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(chǎn)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?nèi)绾瓮弦泛团で車臅r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(shí)驗(yàn)更詳細(xì)、更準(zhǔn)確地研究微小的表面波。物理學(xué)家帕特里克·斯萬卡拉（Patrik ?van?ara）解釋道英國諾丁漢大學(xué)，領(lǐng)導(dǎo)了這項(xiàng)研究。

“由于超流體氦的粘度非常小，我們能夠仔細(xì)研究它們與超流體龍卷風(fēng)的相互作用，并將研究結(jié)果與我們自己的理論預(yù)測進(jìn)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(zhǔn)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(shí)驗(yàn)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(zhì)都會開始在它周圍旋轉(zhuǎn)，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(xué)家們甚至構(gòu)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(jìn)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(tuán)隊(duì)利用超流體氦-4不尋常的量子特性產(chǎn)生了一種“量子龍卷風(fēng)”。

“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(shè)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(fēng)的緊湊物體中，從而在量子流體領(lǐng)域?qū)崿F(xiàn)了具有破紀(jì)錄強(qiáng)度的渦流。

通過研究這種龍卷風(fēng)，研究人員能夠確定渦旋流與旋轉(zhuǎn)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(shí)驗(yàn)按照他們的預(yù)期方式工作，漩渦有望解鎖黑洞科學(xué)的新領(lǐng)域。

“當(dāng)我們第一次觀察到黑洞物理學(xué)的清晰特征時，我們的初始早在2017年的模擬實(shí)驗(yàn)，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(jìn)行研究。物理學(xué)家Silke Weinfurtner說諾丁漢大學(xué)。

“現(xiàn)在，通過我們更復(fù)雜的實(shí)驗(yàn)，我們已經(jīng)將這項(xiàng)研究提升到了一個新的水平，這最終可能導(dǎo)致我們預(yù)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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