При моделировании черной дыры в резервуаре с водой впервые наблюдается обратная реакция

Ученые раскрыли новое понимание поведения черных дыр благодаря исследованиям, которые демонстрируют, как можно смоделировать явление, называемое обратной реакцией.

Команда ученых из Ноттингемского университета использовала свое моделирование черной дыры с использованием специально разработанного резервуара для воды для этого исследования, опубликованного в Physical Review Letters. Исследование впервые демонстрирует, что эволюцию черных дыр можно смоделировать в лабораторных экспериментах.

Ученые использовали симулятор резервуара для воды, состоящий из дренажного водоворота, подобного тому, который образуется, когда вы выдергиваете пробку из ванны. Это имитирует черную дыру, так как вода, которая подходит слишком близко к сливу, уносится вниз через слив, не имея возможности убежать.

Подобные системы становятся все более популярными за последнее десятилетие в качестве средства проверки гравитационных явлений в контролируемой лабораторной среде. В частности, излучение Хокинга наблюдалось в аналоговом эксперименте с черной дырой с использованием квантовой оптики.

Используя эту технику, исследователи впервые показали, что когда волны отправляются в аналоговую черную дыру, свойства самой черной дыры могут значительно измениться. Механизм, лежащий в основе этого эффекта в их конкретном эксперименте, имеет удивительно простое объяснение.

Когда волны воды приближаются к сливу, они эффективно выталкивают больше воды в отверстие для пробки, вызывая уменьшение общего количества воды, содержащейся в резервуаре. Это приводит к изменению высоты воды, что в моделировании соответствует изменению свойств черной дыры.

Ведущий автор, Сэм Патрик из Школы математических наук Ноттингемского университета объясняет: «Долгое время было неясно, приведет ли обратная реакция к каким-либо измеримым изменениям в аналоговых системах, в которых движется поток жидкости. например, с помощью водяного насоса. Мы продемонстрировали, что аналоговые черные дыры, как и их гравитационные аналоги, по своей сути являются системами с обратной реакцией.

-Мы показали, что волны, движущиеся в сливной ванне, выталкивают воду в отверстие для пробки, значительно изменяя скорость слива и, следовательно, изменяя эффективное гравитационное притяжение аналоговой черной дыры.

Что действительно поразило нас, так это то, что обратная реакция достаточно велика, поэтому высота воды во всей системе падает настолько, что вы можете увидеть это на глаз! Это было действительно неожиданно. Наше исследование открывает путь к экспериментальному исследованию взаимодействий между волнами и пространством-временем, в котором они движутся. Например, этот тип взаимодействия будет иметь решающее значение для исследования испарения черной дыры в лаборатории».

Исследования черных дыр в Ноттингемском университете недавно получили дополнительное финансирование на 4,3 миллиона фунтов стерлингов для трехлетнего проекта, который направлен на дальнейшее понимание физики ранней Вселенной и черных дыр.

Исследовательская группа будет использовать квантовые симуляторы, чтобы имитировать экстремальные условия ранней Вселенной и черных дыр. Команда из Ноттингема будет использовать новую лабораторию для создания гибридной сверхтекучей оптомеханической системы для имитации процессов квантовой черной дыры в лаборатории.