Слив воды в ванне раскрывает неуловимый механизм физики черных дыр
Когда черная дыра активна, мы склонны сосредотачиваться на эффекте, который она оказывает на поглощаемый материал. В этом есть смысл; сами черные дыры трудно исследовать.
Но взаимодействие между черной дырой и материалом должно влиять и на черную дыру — по мере того, как она поглощает материал, она также должна набирать массу.
Ученые обнаружили схожесть, которая характерна для черных дыр и которую можно увидеть в воде, стекающей в канализацию.
Это открытие может помочь в изучении явлений черных дыр, слишком малозаметных для наших текущих инструментов, например для излучения Хокинга, которое, как считается, испускается черными дырами. Этот теоретический тип излучения черного тела, при котором — через очень, очень долгое время — черная дыра полностью испарится, если она не питается.
Чтобы изучать космические объекты более детально, на огромных расстояниях космоса, в лаборатории могут быть созданы уменьшенные версии или аналоги. Аналоги черных дыр — отличный способ узнать больше об этих загадочных объектах.
Оптическое волокно и конденсаты Бозе-Эйнштейна были использованы, чтобы узнать больше об излучении Хокинга. А одна из самых простых вещей похожая на механизм поглощения материи черными дырами: водоворот слива ванны.
Увеличение черной дыры можно сравнить с потоком воды, стекающей в канализацию. Рассматривая материю как рябь в пространстве, вода может заменять само пространство-время или пространство, пульсирующее квантовой активностью.
Измерение реакции ряби, когда вода исчезает в водовороте водостока, может рассказать о волнах энергии, исчезающих в черной дыре.
Из таких аналогов мы многое узнали о влиянии черных дыр на пространство и материю вокруг них. Но с подключенным водяным насосом, поддерживающим устойчивость системы, было неясно, будет ли у «аналога» черной дыры воды возможность свободно реагировать на волны.
Серия экспериментов – впервые продемонстрировала, что вихрь воды сливающейся ванны оказал влияние на саму черную дыру.
«Мы продемонстрировали, что аналогичные черные дыры, как и их гравитационные аналоги, по своей сути являются системами с обратной реакцией», — сказал физик Сэм Патрик из Ноттингемского университета в Великобритании.
«Мы показали, что волны, движущиеся у слива ванной, выталкивают воду в отверстие, значительно изменяя скорость слива и, следовательно, изменяя эффективное гравитационное притяжение аналога черной дыры».
Когда волны попадали в систему по направлению к стоку, они вталкивали дополнительную воду, ускоряя процесс настолько сильно, что уровень воды в ванне заметно снижался, даже когда насос поддерживал тот же уровень поступающей воды.
По словам исследователей, это изменение уровня воды соответствует изменению свойств черной дыры.
Это может быть чрезвычайно полезная информация, отчасти потому, что увеличение массы изменяет гравитационную силу черной дыры — это изменяет способ, которым черная дыра деформирует свое окружающее пространство-время, а также эффект, который черная дыра оказывает на аккреционный диск. Кроме того, открыт новый способ изучения того, как волны могут влиять на динамику 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 глазами! Это было действительно неожиданно», — сказал Патрик.
«Наше исследование открывает путь к экспериментальному исследованию взаимодействий между волнами и пространством-временем, через которое они проходят. Например, этот тип взаимодействия будет иметь решающее значение для исследования испарения черных дыр».
Исследование команды опубликовано в Physical Review Letters.
Источники: Фото: The Image Bank/Getty Images
