天文引力最大将有什么现象?把浩瀚宇宙缩小到实验室,用事实说话!
引力最极端影响现已于实验室进行测试
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【天文引力最大将有什么现象?把浩瀚宇宙缩小到实验室,用事实说话!】
德国科布伦茨市以南 , 莱茵河有一段超过30英里的长度 , 宽度极为狭窄 , 这迫使本就湍急的水流变得异常汹涌 。 这片水域底部布满暗礁 , 这里曾是一段极为险峻的航线 。 许多传说和民间故事都在这里发生 。 它在瓦格纳的歌剧中扮演着重要的角色 。 这片水域也是一个黑洞 。
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如果你的船想在这片水域冲破高速逆流而上 , 却没有足够动力的引擎 , 那么狭窄的水面和迅猛的水流就像是事件视界:一旦你穿过它 , 就再也不会回来了 。 无论采取什么行动 , 你都将无法逃脱被水流吸至下游的命运 。
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引力和变速流体之间的类比 , 不只是一个简单的比喻 , 它可以在数学上做到精确化 。 为了推导引力和流体之间的关系 , 物理学家没有选择可以自主变速的船 , 而选择研究波 , 因为波的速度只取决于流体本身的性质 。 如果流体的速度超过波的速度 , 那么波就无法逆行 。 这就像你登上一架超音速飞机 , 它引领着另一架飞机 , 那你是不会听到第二架飞机的引擎噪音 。 而对黑洞来说 , 光无法逃离黑洞 , 声音却可以 。
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图解:2019年4月10日21时 , 人类首张黑洞照片面世 , 该黑洞位于室女座一个巨椭圆星系M87的中心 , 距离地球5500万光年 , 质量约为太阳的65亿倍 。 它的核心区域存在一个阴影 , 周围环绕一个新月状光环 。 爱因斯坦广义相对论被证明在极端条件下仍然成立 。
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这种类比不仅适用于表面波 , 而且也适用于流动气体中的声波 。 如果推动气体通过狭窄通道 , 从而使气体速度大大提高 , 直到超过了声速 , 就会创造一个声视界 。 由于气体流动太快 , 所以没有声音能穿过声音视界 。
比尔·恩鲁将这种的声音陷阱称为“哑孔” , 他在20世纪80年代中期率先提出了流体可以模拟引力的观点 。 从那时起 ,“模拟引力”领域开始蓬勃发展 。 物理学家发现了许多其他的系统 , 在这些系统中 , 波就像在强大的引力场中一样传播 。 他们不仅设计了模拟黑洞的方法 , 而且还设计了像初期宇宙那样快速膨胀的空间 。 所有这些发现 , 现在都可以在实验室里实现 , 通过观察扰动是如何在流体或者气体中如何传播来完成 。
这篇文章展示了希尔克·温弗特纳和诺丁汉大学合作者们的一个实验 。
在文章中 , 你可以看到 , 水流穿过有障碍物的容器时 , 障碍物会提高水的速度 。 研究人员可以测量出波的传播方式 , 以及波与流速的关联 。
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图解:表面波速等于水流速度的地方 , 就相当于“视界”
图片来源:希尔克·温弗特纳等人 。
这类系统中的声波 , 与受重力影响的光 , 遵循相同的方程式 , 只要把声速代入光速就可以了 。 而且如果这类波的近似值有效范围内 , 它们甚至还遵循狭义相对论的对称性 。 这样科学家就可以通过实验 , 测试引力作用下的物质行为 , 研究平常我们无法观察到的情况 。
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