Важко зробити чорну діру в лабораторії. Треба зібрати купу маси, стиснути її, поки вона гравітаційно не впаде на себе, працювати, працювати, працювати. Це так важко зробити, що ми ніколи цього не робили. Проте ми можемо створити імітацію чорної діри, використовуючи резервуар з водою, і це може розповісти нам цікаві речі про те, як працюють чорні діри.
Симуляція чорних дір з водою можлива, оскільки математика, яка описує поведінку води, подібна до математики, яка описує поведінку таких речей, як гравітаційні хвилі. Гравітаційні взаємодії відбуваються подібними до рідини, тому ви можете використовувати рідину для їх вивчення. Однак для цих водних моделей є обмеження, тому вам потрібно бути обережними при вивченні моделювання води.
Одна з проблем водних моделей чорних дір полягає в тому, що вам потрібно керувати моделюванням, щоб продовжити роботу. Припустимо, ви хочете вивчити, як матерія може бути захоплена чорною дірою. Ви можете імітувати чорну діру за допомогою вихору води, схожого на вихор, схожий на торнадо, який ви іноді бачите, коли зливаєте воду з ванни. Щоб вихор продовжував працювати, ви повинні підключити свою систему так, щоб шаблон залишався стабільним достатньо довго, щоб ви могли отримати хороші дані.
Через це зазвичай вважалося, що водні моделі не можуть проявляти ефект, який мав би виникнути з реальними чорними дірами, відомий як зворотна реакція. Зворотна реакція виникає, коли відбувається взаємодія, коли об’єкт реагує на своє середовище. Наприклад, коли чорна діра захоплює матерію, її маса збільшується. Це збільшення маси змінює те, як чорна діра деформує простір навколо себе, тим самим трохи змінюючи навколишній простір. Зворотна реакція — важливе явище, але воно тонке і важко вивчити.
Водний вихор, що імітує чорну діру. Авторство: Ноттінгемський університет
Однак нещодавно команда виявила, що зворотну реакцію можна побачити в імітаційних моделях води. Дослідження вивчали, як фон гравітаційних хвиль може взаємодіяти з обертовою чорною дірою. У своїй моделі води вони створили водний вихор, що імітує чорну діру, а потім генерував хвиль у напрямку до вихору. Реакція між вихором і брижами призвела до того, що вихор зростав швидше, ніж зазвичай. Таким чином, гравітаційні хвилі можуть прискорити ріст чорної діри через ефект зворотної реакції.
У симуляції води зворотна реакція була достатньо сильною, і команда могла помітно бачити, як рівень води в їх резервуарі впав, коли це сталося, доводячи, що реакція може відбуватися за короткий час.
Хоча це дослідження цікаве саме по собі, робота також показує, що зворотну реакцію необхідно враховувати при багатьох моделюваннях води. Зазвичай передбачалося, що моделювання водного вихору може передбачати стаціонарний фон, тобто будь-яку зворотну реакцію можна ігнорувати в моделі. Ця робота показує, як це припущення може не працювати при вивченні інших ефектів чорної діри, таких як випромінювання Хокінга.
Пройде деякий час, перш ніж в лабораторії можна буде створити справжні чорні діри. На щастя, водні симуляції, такі як цей, ще є чому навчити нас.
Довідка:Гудхью, Гаррі та ін. “ Зворотна реакція в аналоговому експерименті з чорною дірою '.Фізичні листи огляду126,4 (2021): 041105