一个黑洞是物理学家的游乐场:在这里，一些最奇异和最基本的物理学概念可以被观察和测试。然而，目前还没有办法直接观察活动中的黑洞;这些物质不会发射出像光或x射线这样的辐射，而这些都是望远镜所能探测到的。幸运的是，物理学家已经找到了在实验室中模拟黑洞环境的方法——通过创造黑洞的类似物，他们开始解开物理学中一些最迷人的谜题。
研究人员杰夫Steinhauer以色列理工学院物理系的,最近引起了物理学界的注意当他宣布他已经使用一个模拟黑洞1974证实斯蒂芬·霍金的理论,黑洞发出电磁辐射,被称为霍金辐射。霍金预言，这种辐射是由视界上自发形成的粒子-反粒子对引起的。视界是黑洞边缘的一个点，任何东西——甚至光——都无法逃脱。根据霍金的理论，当其中一个粒子穿过视界并被黑洞捕获时，另一个粒子将被喷射到太空中。施泰因豪尔的实验首次展示了支持霍金计算的自发涨落。
物理学家警告说，这个实验仍然不能证实天文黑洞中霍金辐射的存在，因为施泰因豪尔的黑洞与我们可能在太空中观测到的黑洞并不完全相同。在物理上还不可能产生形成黑洞的强引力场。相反，这种模拟模拟了黑洞通过声音吸收光波的能力。
施泰因豪尔说:“这就像你，声波，试图逆流而上，而河水的流速比你能游得快。”他的团队将气体云冷却到接近绝对零度，创造了一个被称为玻色-爱因斯坦凝聚体的实体。通过使气体的流动速度超过声速，他们创造了一个声波无法逃逸的系统。
施泰因豪尔的观察发表在自然物理纸在8月初。除了观察到霍金辐射，他的实验意义重大，因为他声称观察到声音黑洞释放的粒子和它内部的粒子“纠缠”。这意味着这两个粒子能够同时处于多种物理状态，比如它们的能级，知道一个粒子的状态可以立即告诉你另一个粒子的状态。
模拟黑洞的概念是由威廉·盎鲁(William Unruh)在20世纪80年代提出的，但直到2009年才首次在实验室中创造出来。从那时起，世界各地的科学家都采用了黑洞类比法，他们中的许多人都在试图观测霍金辐射。尽管施泰因豪尔是第一个在这方面取得成功的人，但模拟系统已经在帮助物理学家验证长期以来仅在纸面上应用于这些理论系统的方程和原理方面发挥了作用。事实上，黑洞类似物最大的希望可能在于帮助物理学家克服物理学中最大的挑战之一:将引力与量子力学原理结合起来。量子力学原理控制着亚原子粒子的行为，但迄今为止，量子力学原理与引力定律并不相容。
黑洞类似物最大的希望可能在于帮助物理学家克服物理学中最大的挑战之一。
尽管使用了一系列的方法，但每个黑洞模拟的原理都是一样的:每个黑洞都有一个点，就像视界一样，任何代替光的振荡都不能穿过这个点，因为所需的速度太大了。下面是科学家们在实验室里模仿黑洞的一些其他方法。
玻璃
2010年，米兰大学的一群物理学家在物理界引起了轰动声称观测到来自黑洞模拟物的霍金辐射，该模拟物是用强激光脉冲照射硅玻璃制成的。尽管该小组的声明受到了质疑——据物理学家威廉·盎鲁(William Unruh)称，他们观测到的辐射远比霍金辐射的强度大，而且在错误的方向移动——但他们创造的类似物仍然是一种模拟视界的有趣方法。
这种方法的原理是这样的:发送到二氧化硅中的第一个脉冲足够强，足以改变玻璃内部的折射率，即光在物质中移动的速度。当第二个脉冲进入玻璃时，由于折射率的变化，它减慢到静止状态，创造了一个光无法穿透的“视界”。这种系统与黑洞相反，光线无法从黑洞中逃脱，因此被称为“白洞”。然而，史蒂芬·霍金表示，白洞和黑洞本质上是一样的，这意味着它们应该表现出相同的量子属性。
一个单独的研究小组显示在2008年利用光纤可以以类似的方式创造白洞，进一步的实验正在使用钻石创造同样类型的视界，钻石比二氧化硅更不容易被激光破坏。
极化声子
由Hai Son Nguyen领导的团队证明了2015年，一种被称为准粒子的奇怪状态的物质，将光子与一种被光激发的物质混合而成。Nguyen的团队通过将高功率激光聚焦到一个由砷化镓(一种强大的半导体)制造的微观腔上，创造了偏振子。在内部，该团队故意在一个地方制造了一个小切口，扩大了空洞。当激光击中微腔时，产生向缺口缺陷流动的极化子。然而，当这些被激发的粒子流到达缺陷处时，它们改变了速度，移动速度超过了音速，这意味着已经形成了一个视界，声音无法从中逃脱。
虽然该团队尚未使用这种方法观测到霍金辐射，但研究人员提出，在未来的实验中，可以通过测量粒子流体密度的变化来检测粒子离开场引起的任何波动。其他使用极化子的实验也提出将它们冷却成玻色-爱因斯坦凝聚态，这样甚至可以用于模拟虫洞的形成。
水
下次洗澡的时候，低头看看那些在你两脚之间打旋的水——你可能会惊讶地发现，你看到的是类似于黑洞的东西。在诺丁汉大学(University of Nottingham)的一个实验室里，西尔克·魏恩富特纳(Silke Weinfurtner)博士一直在模拟“浴缸漩涡”中的黑洞。“浴缸漩涡”是一个容积为2000升的矩形容器，中心有一个倾斜的漏斗。水从水箱的顶部和底部进入水箱，给水的角动量，当它遇到漏斗时产生一个漩涡。在这种模拟水中，光的替代品是水面上的小波纹;例如，想象一下，把一颗鹅卵石扔进水流中，看着涟漪从它周围绕圈移动。这些波纹离漩涡越近，就越不可能向远离漩涡的方向传播。在某一点上，这些涟漪将不再传播——这一点可以被认为是视界的一个类比。这种模拟方法对于模拟旋转的黑洞周围发生的奇异物理现象特别有用，这也是魏因富特纳目前正在研究的课题。
魏因富特纳强调，这不是量子意义上的黑洞;这种模拟是在室温下进行的，所以只能观察到经典力学。“这是一个肮脏的系统，”她补充说。“但我们可以操纵它，并表明它对修改是稳健的。我们确信同样的现象也会发生在天体物理系统中。”
克劳迪娅·盖布(Claudia Geib)是一位来自波士顿的自由科学作家。在推特上关注她@cm_geib．
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