科學家利用水箱模擬黑洞活動過程首次觀察到它的逆反應現象

科學家通過研究揭開對黑洞行為的新見解，這些研究顯示可以如何模擬一種稱為逆反應（back-reaction）的現象。

英國諾定咸大學（University of Nottingham）研究團隊使用他們對黑洞的模擬，用一個專門設計的水箱，第一次證明可以在實驗室中模擬黑洞周圍環境引起的演化。

研究人員使用了一個由排水渦流組成的水箱模擬器，就像將插頭插入浴缸時所形成的渦流一樣。模仿一個黑洞，因為離排水管太近的波浪被拖向排水管，無法逃逸。在過去的十年中，諸如此類的系統越來越受歡迎，作為在受控實驗室環境中測試重力現象的一種手段。特別是，在涉及量子光學的模擬黑洞實驗中可以觀測到霍金輻射現象。

研究人員使用這種技術首次發現，當將波浪發送到模擬黑洞中時，黑洞本身的屬性會發生顯著變化。在他們的特定實驗中，這種作用的潛在機制有一個非常簡單的解釋。當波浪接近排水管時，它們會有效地將更多的水推向排水管，導致水箱中的水總量減少。水高的變化，在模擬中，對應於黑洞特性的變化。

諾定咸大學數學科學系博士後首席研究員森·帕席（Sam Patrick）博士解釋說：「很長一段時間以來，尚不清楚逆反應是否會導致驅動流體流動的模擬系統發生任何可測量的變化，例如，使用水泵。我們已經證明，模擬黑洞和它們的重力類似物，本質上是逆反應系統。我們發現，在排水浴缸中移動的波浪將水推向排水口，從而顯著改變了排水速度，從而改變了模擬黑洞的有效重力。

真正令我們震驚的是，這種逆反應足夠大，以至於導致整個系統的水位下降太多，以至於可以目睹！這真是出乎意料。我們的研究為實驗性地探究波浪及其傳播的時空之間的相互作用鋪平了道路。例如，這種相互作用對於研究實驗室中的黑洞蒸發至關重要。

研究團隊將使用量子模擬器來模擬早期宇宙和黑洞的極端條件。諾定咸團隊將使用一個新的國家實驗室來建立新型的混合超流體光機械系統，以模仿實驗室中的量子黑洞過程

【圖、文：節譯自諾定咸大學2021年2月1日新聞公佈】研究全文刊登在2021年1月29日出版的《物理評論快報》