黑洞研究所介绍
恰好，黑洞倡议(BHI)是在卡尔·史瓦西(Karl Schwarzschild)解出爱因斯坦广义相对论方程100年后成立的，这个方程在第一个天文学证据证明黑洞存在的几十年前就描述了黑洞。作为一种奇异的时空结构，黑洞持续吸引着天文学家、物理学家、数学家、哲学家和普通大众，对其神秘的本质进行了一个世纪的研究。
BHI的使命是跨学科，为此，我们赞助了许多创造环境的事件，以支持不同学科研究人员之间的互动。哲学家与数学家，物理学家和天文学家讲话，理论家与观察员和一系列预定的活动发言，并为人们经常聚集的地点创造了场地。
作为一个例子，对于我们关心的问题，考虑黑洞中心的奇点，这标志着爱因斯坦的重心崩溃。在量子机械背景中，奇点看起来像什么？最有可能的是，在微小的体积内，它会出现在巨大质量的极端浓度（以少数太阳能的黑洞）。储层的大小，排出落入天空性黑洞的所有物质都是未知的，并构成了Bhi学者工作的未解决问题之一。
我们很高兴地展示一系列论文，这些论文被我们的高级学院仔细选择了许多申请到Bhi的第一篇论文竞赛。获奖论文将在这里发表鹦鹉螺在接下来的五个星期里，从第五名开始，一直到第一名。我们希望您能尽可能多地享受它们。
-abraham（AVI）LOEB
Frank B. Baird, Jr.哈佛大学科学教授
赫瓦德天文部门椅子
黑洞倡议(BHI)创始董事
B黑洞是宇宙中最极端的物体。漆黑一片，质量是太阳的10亿倍，强度足以支撑整个星系，这样的极端天体需要同样极端的方法来研究它们。事实上，科学家们竭尽全力从这些看不见的动物身上获取任何信号:发射到太空的望远镜，用来探测黑洞发射但不能穿过大气层的x射线;放置在地中海海底的几公里宽的中微子探测器，捕捉来自黑洞诞生的基本粒子;耗资6亿多美元建造了激光干涉仪引力波天文台，该天文台首次提供了直接观察黑洞活动的机会。
但是，如果黑洞可以用一种更温和的方式来研究，而不需要大量的望远镜或数百万美元的设备呢?如果不是在野外追逐它们，科学家们可以在实验室里建造它们，然后近距离详细地研究它们的行为，那会怎么样?
这是模拟黑洞的世界。在这里，科学家使用像玻璃，水和云云等造成的实验室和桌面在实验室和桌面上的黑洞的令人难以置信的物理学的方面。这是一种方法，即在将黑洞到达地球上，提供了对传统的银河观测方法的重要补充，甚至可能导致新的重要材料的工程，这些材料包含一些独特的黑洞属性。
模拟黑洞背后的逻辑很简单，它始于这样一个事实:我们对真实的黑洞是如何工作的有一些信念。例如，我们知道控制事件视界的方程式——在这个地方，引力变得如此强大，以至于任何通过它的物质，包括光，都无法返回。我们也知道其他物理系统也遵循同样的方程，但它们更容易操纵和测量。因此，如果我们想测试光穿过视界时发生了什么——但又不想在光年外的黑洞中观测它——我们可以在地球上建立一个遵循同样规则的流体系统。这个系统将会有自己版本的黑洞部分，包括一个穿过黑洞的波无法返回的点。在这个系统中所做的观测可以被映射回黑洞中相应的观测。在这种情况下，方程的作用就像剧本，黑洞扮演一组演员，模拟系统扮演另一组演员。
探测如此微弱但重要的信号的困难正是使用模型的动机。
通过类似物来研究黑洞的灵感来自于一条尖叫的鱼。1972年，物理学家威廉·安鲁(William Unruh)提出了一条鱼从速度不合理的瀑布上掉下来的故事，以此来描述黑洞。他解释说，如果瀑布以比音速还快的速度移动，那么在某一时刻，一条从瀑布上掉下来的鱼的尖叫在瀑布外就听不到了。这是因为尖叫声向上移动的速度不会比水向下推它们的速度快，就像光在穿过视界后无法摆脱黑洞的压倒性引力一样。虽然这个荒谬的故事一开始只是一个图解，但盎鲁最终将其充实成一个恰当的数学论证，在1981年的一篇论文中展示了这些“音速”或“聋子”黑洞如何在数学上映射到真实的物体上。模拟黑洞场就这样诞生了。
可以使用这些类似物探索黑洞的完整属性？霍金辐射 - 一个假设的手段，黑洞可以蒸发 - 这是一个主要的研究焦点，因为它的存在是不确定的，如果是真实的。1974年，斯蒂芬叫出的思想从一般相对论和量子力学的主要不相容理论中的思考，以表明黑洞实际上可以发出粒子，随着时间的推移会导致它们缩小甚至消失。因此，观察来自黑洞的霍克辐射的痕迹将使这两个相反的物理基础理论带到一起。但试图测量这种效果有一个至关重要的问题：霍金辐射是如此弱，任何一个迹象都会被渗透宇宙的宇宙背景辐射完全涂抹。
探测如此微弱但重要的信号的困难正是大多数科学学科使用模型的动机。例如，在生物学中，由于生活方式差异等其他因素的影响，很难在数据中识别基因的功能。因此，生物学家转向高度控制的实验室环境，在那里，基因改造是已知的，它们的影响可以精确测量。同样的控制和精确的机会也可以驱使天体物理学家离开望远镜进入实验室。
此迁移到实验室可能已付款。在2016年，经过多年的工作，实验物理学家杰夫斯坦汉师发表了一个微型版本的近缘瀑布的结果。Steinhauer填充了一个小瓶，带有非常冷的铷原子云。这些原子进入了特殊的物质状态，其中声速巨大速度，使得超声波速度易于在该系统中产生。Steinhauer观察到，在这个系统的任一侧的活动地平线上，对“声子”对被纠缠在一起。这类似于被认为形成黑洞中霍基辐射的基础的光子对。因此，Steinhauer的实验是，通过一些定义，首次观察Hawking辐射的量子效应。
物理学家必须谨慎地将这些培育出来的黑洞的发现与它们天然的表亲联系起来。
模拟黑洞所使用的材料多种多样，探索的奥秘也多种多样。例如，为了探测光通过由极端引力产生的弯曲时空时会发生什么，圣安德鲁大学(University of St. Andrew)的物理学家创造了响应式光纤，以复制预期的光减速。这一系统也为霍金辐射的迹象提供了另一个猎场。
不同类型的黑洞有不同的属性。例如，那些旋转的粒子，被预测会对靠近它们的波的能量产生积极的影响。这一效应现在已经在诺丁汉大学的一个简单浴缸中被观察到，在浴缸中，水波接近排水管(但逃离了排水管)时，其振幅得到了增强。
实验室内置的黑洞的另一种方法侧重于吸收尽可能多的复合材料的工程。这些“超材料”可以回答基本问题关于光线在极端情况下的表现。这些材料的存在可能会影响远远超出黑洞科学的领域。这种光弯曲装置可以有助于创建“隐形斗篷”或极其高效的太阳能电池，表明即使是最异乎寻常的科学努力也会影响日常生活。
模拟系统是无数的，作为掌握掌握的手段，通常远远超出我们的范围。但随着类比，他们有局限性，我们必须小心不要伸出他们。同样的方式医学家不能认为为动物工作的治疗将为人类工作，物理学家必须谨慎在于将这些栽培黑洞的发现与他们的自然出生的表兄弟相关。实际上，关于在声波黑洞中观察霍基辐射的效果的问题是否有任何轴承对实际发生的事情是科学家和哲学家之间的开放问题。尽管每个模型具有自己独特的特征和警告，但他们数学的相似性提供了一种普遍的研究的研究。据哲学家克里丁德达斯蒂的哲学家称，研究多样性的模拟系统可能实际上是一件好事，因为发现多个不同类似物中霍克辐射的证据应该加强相信它在黑洞中发生的情况。
太空X射线望远镜和水下粒子探测器是工程的壮举，提供了无与伦比的洞察力，并在宇宙的大问题中提供了无与伦比的洞察力，并且他们在黑洞的研究中的效用毫无疑问。但对于科学的工具箱，多样性是关键。模拟系统，通过提供培养实验室的黑洞，提供全新的环境，用于探索，测试和观察天空中最神秘的实体之一。
Grace Lindsay是一个神经科学家和科学作家。她目前正在一本关于数学如何帮助我们理解大脑的书。
这篇文章在黑洞研究所的作文比赛中获得了第一名。
额外阅读
用超材料制造黑洞。 Technologyreview.com(2009)。
Castelvecchi，D.人造黑洞创造了自己版本的霍金辐射。自然新闻（2016）。
Dardashti，R.，Thébault，k.p.y.，＆Winsberg，E.通过模拟仿真确认：愚蠢的漏洞可以告诉我们引力。英国科学哲学杂志68.，55-89（2015）。
物理学家利用光纤制造人造黑洞。Spectrum.ieee.org(2008)。
斯蒂芬·霍金的最大成就是如何将对立的物理世界联系起来的。TheVerge.com(2018)。
物理研究所。黑洞 - 我们宇宙的重要组成部分。iop.com（2012）。
诺丁汉大学。科学家用黑洞制作波浪。Research.Nottingham.ac.uk（2017）。
Wolchover，N。什么声音黑洞对真实交易说。 Wired.com (2016).
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