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研究发现黑洞万有引力场可能形成漩涡    

2015-01-20 05:30:11|  分类: 天文航天 |  标签: |举报 |字号 订阅

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加拿大理论物理学周界研究所的一项最新研究表明,这种普遍认识可能是错的。


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LIGO(激光干涉引力波观测站)

 

  如果你正在一颗黑洞附近飞行,当心!系好安全带,重力要变成湍流漩涡了!虽然在太空冒险中,一点重力颠簸不算什么值得担心的大事,却着实令人惊讶。因为万有引力学家们普遍认为,时空是不可能变成漩涡的。而物理学家组织网近日报道,加拿大理论物理学周界研究所的一项最新研究表明,这种普遍认识可能是错的。

  万有引力如液体

  “从本质上说,如果你能把万有引力放到一个密闭盒子里,就可能出现漩涡。”周界研究所的路易斯·勒纳解释了为何万有引力可以作为一种液体。“物理学中有一个假设——全息假设——认为万有引力可以描述为一种场论。我们还知道,在高能状态下,场论可以用描述液体的数学公式来描述。两步结合起来就是,万有引力等于场论,场论等于液体,所以万有引力等于液体。这叫做万有引力/液体二重性。”

  万有引力/液体二重性并非新发现。多年来,科学家一直研究和发展这一理论。研究人员遵循的思路是:万有引力可以表现得像一种液体,而液体的一个特征是漩涡,也就是说在某些情况下,它无法顺畅流动时就会变成漩涡。万有引力也会变成漩涡吗?

  “多年来,物理学家们认为不可能形成涡流。”勒纳说,因为描述万有引力的方程与描述流体动力学的完全不同,前者在任何条件下都不会有涡流。“要么是二重性的问题,万有引力不能由流体方程完整描述;要么是万有引力和涡流引力中还有我们未知的新现象。”

  根据周界研究所以往的模拟,并参考美国麻省理工学院的独立研究,都暗示在围绕黑洞的反德西特空间内可能存在漩涡。勒纳说:“下一步问题是,现实中有没有这种情况。”

  他们选择了快速旋转黑洞,因为按照流体动力学描述,围绕这种黑洞的时空黏性比其他黑洞更小,产生漩涡的可能更大,就好比水中的漩涡比蜜糖中更多。由于漩涡是非线性的,他们还决定研究黑洞的非线性扰动。而这种方程极为复杂。

  分析结果显示,时空确实变成了漩涡。“我非常震惊。”周界和量子计算研究所的杨欢(音译)说,他一直在研究爱因斯坦广义相对论,“我从不相信在广义相对论中会有漩涡现象,没人曾在数字模拟中见过,即使像双黑洞这样的大家伙中也没有。”

  研究人员指出,虽然目前研究还在理论层面,但下一代探测仪有望能探测万有引力波——万有引力“液体”的“涟漪”。比如当两颗黑洞碰撞时,就可能产生万有引力波。如果万有引力能形成漩涡,这种涟漪就会和以往的模型预测略有不同。知道这些差异会更容易找到万有引力波,反过来,如果真的探测到了这些差异,也是万有引力漩涡的直接证据。

  研究漩涡新途径

  “对万有引力能否形成漩涡这一问题,过去几年中,我们经历了从严重怀疑到高度自信的转变。”勒纳说,“这一发现可能导致未来更多的发现。LIGO(激光干涉引力波观测站)、LISA(激光干涉仪空间天线)或未来的引力波实验可能探测到它们。”

  该研究最令人兴奋之处还在于,它不仅与天体的万有引力相关,还与地球上普遍存在的漩涡有关:从飓风到咖啡中搅拌的奶油,从大黄蜂不可思议的飞行到剪断机翼的漩涡气流,虽然漩涡无处不在,包围着我们,但我们还未能完全理解它。漩涡问题被认为是经典物理学中最大的谜题之一。

  该研究加强了万有引力可被作为一种液体的观点,这也意味这液体问题可以用万有引力方法来处理。“在理解漩涡这个问题上,我们困惑了500多年。”勒纳说,“这种万有引力/液体相通论告诉我们,从万有引力的角度来重新看待漩涡,或许是打破困局的新途径。”

来源:科技日报

  更多阅读:http://www.yunzhitai.com/discovery/

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