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量子龍卷風為理解黑洞提供了途徑

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量子龍卷風為理解黑洞提供了途徑


巨型量子渦旋的兩種不同構型的側視圖 。來源：自然
據諾丁漢大學：科學家們首次在超流氦中創建了一個巨大的量子渦旋來模擬黑洞，這使他們能夠更詳細地觀察模擬黑洞的行為以及與周圍環境的相互作用 。
諾丁漢大學領導的研究與倫敦國王學院和紐卡斯爾大學合作，創建了一個新穎的實驗平臺：量子龍卷風 。他們在超流氦中創造了一個巨大的漩渦，并將其冷卻到盡可能低的溫度 。
通過對超流體表面中波動力學的觀察，研究團隊表明，這些量子龍卷風模擬了旋轉黑洞附近的引力條件 。這項研究已發表在《自然》雜志上 。
該論文的主要作者、諾丁漢大學數學科學學院的Patrik Svancara博士解釋道，“使用超流氦使我們能夠比以前在水中的實驗更詳細、更準確地研究微小的表面波 。由于超流氦的粘度極?。?我們能夠仔細研究它們與超流龍卷風的相互作用，并將這些發現與我們自己的理論預測進行比較 ?！?br>該團隊建造了一個定制的低溫系統，能夠在低于-271°C的溫度下容納幾升超流氦 。在這個溫度下，液氦獲得了不同尋常的量子特性 。這些特性通常會阻礙其他量子流體（如超冷原子氣體或光的量子流體）中巨型渦旋的形成，該系統展示了超流氦的界面如何作為這些物體的穩定力 。
Svancara博士繼續說道，“超流氦含有被稱為量子渦旋的微小物體 ， 這些物體往往會相互分散 。在我們的設置中，我們成功地將數萬個量子限制在一個類似小型龍卷風的緊湊物體中 ， 實現了量子流體領域破紀錄強度的渦流 ?！?br>研究人員發現了渦流和黑洞對周圍時空的引力影響之間有趣的相似之處 。這一成就為在彎曲時空的復雜領域內模擬有限溫度量子場論開辟了新的途徑 。
Silke Weinfurtner教授領導了這項實驗所在的黑洞實驗室的工作，他說：“當我們在2017年的首次模擬實驗中首次觀察到黑洞物理的清晰特征時，這是一個突破性的時刻，可以理解一些奇異的現象，如果不是不可能的話，否則研究這些現象往往很有挑戰性 。
“現在，通過我們更復雜的實驗，我們將這項研究提升到了一個新的水平，這可能最終導致我們預測量子場在天體物理黑洞周圍的彎曲時空中的行為 。”
這項研究的高潮將于2025年1月25日至4月27日在諾丁漢大學湖畔藝術Djanogly畫廊舉行的名為“宇宙泰坦”的ambi展覽中得到慶祝和創造性探索（并將前往英國和海外的場館） 。
展覽將包括新委托的雕塑、裝置和沉浸式藝術作品，這些作品由包括Conrad Shawcross RA在內的頂尖藝術家創作，由藝術家和科學家在諾丁漢藝術實驗室的推動下進行了一系列創新合作 。展覽將結合對黑洞和我們宇宙誕生的創造性和理論探究 。