物理学家制造破纪录的“量子漩涡”来研究黑洞的奥秘

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一幅漩涡的艺术家插图。（图片来源:Saibarakova Ilona via Shutterstock）

（）据美国生活科学网站（本·特纳）：科学家们在氦超流体中创造了一个巨大的量子龙卷风，他们想用它来探索黑洞的神秘本质。

这个漩涡由冷却到接近绝对零度的液氦制成，移动时没有摩擦，这使它模仿了旋转黑洞扭曲周围时空的方式。

通过研究这个漩涡，物理学家可以对宇宙怪兽的行为获得重要的洞察力。研究人员于3月20日在《自然》杂志上发表了他们的发现。

“使用超流氦使我们能够比以前在水中的实验更详细和准确地研究微小的表面波，”主要作者、英国诺丁汉大学的物理学家Patrik Svancara在一份声明中说。“由于超流氦的粘度极小，我们能够细致地研究它们与超流龙卷风的相互作用，并将研究结果与我们自己的理论预测进行比较。”

对于物理学家来说，黑洞的运作仍然是一个谜。在这些极端物体的无限引力作用下，已知的物理定律被打破。对于那些希望将爱因斯坦的广义相对论与量子力学结合起来的人来说，这意味着黑洞的时空扭曲提供了一种诱人的吸引力。



研究人员的黑洞漩涡模拟器照片。（图片来源:Leonardo Solidoro）

在地球上没有灾难性时空破裂的情况下，这项新研究背后的团队着眼于一个可以模拟黑洞周围存在的一些极端漩涡的模型系统。在将液氦过冷至绝对零度以上几个分数后，他们将其放入底部装有螺旋桨的容器中，以在液体中激起漩涡。

然后，通过观察超流体（其流动速度大约是水的500倍）如何移动，研究人员观察了其内部数千个微小漩涡是如何组合成一个巨大漩涡的。

Svancara在声明中说:“超流氦包含被称为量子漩涡的微小物体，它们倾向于相互扩散开来。”“在我们的设置中，我们已经成功地将数万个量子限制在一个类似小型龙卷风的紧凑物体中，实现了一种在量子流体领域具有破纪录强度的涡流。”

通过研究量子漩涡，科学家们发现了黑洞在太空中行为的令人信服的相似之处。最值得注意的是，他们观察到了一种类似的黑洞现象，称为衰荡现象，即新合并的黑洞在其轴上摆动。

既然已经观察到了更简单的相似之处，研究人员将把他们的实验训练到黑洞行为更神秘的方面。

论文合著者、诺丁汉大学物理学教授西尔克·魏因福特纳在声明中说，这“最终可能会使我们预测量子场在天体物理黑洞周围的弯曲时空中的行为。”