理论物理学家揭示了黑洞的动荡性质

这是一个艺术家对位于早期宇宙中不断增长的超级分类黑洞的印象，显示了围绕中央物体旋转的气体盘，产生大量辐射。这种气体注定要被黑洞消耗。（NASA / CXC / A.Hobart）

来自周边理论物理学研究所的新研究揭示了黑洞的动荡性质，表明黑洞周围的引力可能涡流和旋流。

系好安全带 - 重力即将得到颠簸。

当然，如果你在一个黑洞附近飞行，那么你的额外额外困难是你最不担心的。但它仍然令人惊讶。引力研究人员的已接受的智慧一直是时尚不能变得动荡。但是，周长的新研究表明，接受的智慧可能是错误的。

研究人员遵循这一思路：重力，它认为，可以表现为流体。流体的特征行为之一是湍流 - 也就是说，在某些条件下，它们不会平稳地移动，而是涡流和旋流。可以引力这样做吗？

周边教师Luis Lehner解释为什么将重力作为流体可能有意义。“物理学中有一种猜想 - 全息猜想 - 这表示重力可以被描述为一个场地理论，”他说。“我们也知道，在高能量下，可以使用我们用于描述流体的数学工具来描述域理论。所以这是一个两步的舞蹈：重力等于场理论，现场理论等于流体，因此引力等于弱者等于流体。这被称为重力/液体二元性。“

重力/液体二元性不是新的工作 - 它在过去六年中已经发展起来。但隐藏在它的核心是一个紧张。如果重力可以被视为流体，那么湍流呢？

“多年来，物理学家中的民间传说是，重力不能扰乱，”笔记莱赫纳。信仰是，通过与流体动力学方程充分不同的一组方程描述了重力，使得在任何情况下都不会出现湍流。

Lehner突出了新兴的悖论：“无论是对二元性的问题，都是通过流体描述完全捕获的重力，或者在重力中存在新​​的现象，真的可以存在新的现象。”研究人员团队 - 利纳，桓阳（量子计算研究所），和亚伦Zimmerman（加拿大理论天体物理学研究所） - 阐述了这一点。

他们有关于要去的方向的提示。以前的跨越式模拟，以及麻省理工学院的独立工作，暗示了围绕反de Satter空间中的黑洞的非现实情况存在湍流。“如果你在一个盒子里限制了重力，那么可能存在湍流，基本上是”Lehner说。“更深层次的问题是这是否可以在现实情况下发生。”

该团队决定研究快速旋转的黑洞，因为这种孔的流体动力学描述暗示它们周围的时空比其他种类的黑洞周围的空间粘稠不太粘稠。低粘度增加了湍流的机会 - 想想水比糖蜜更血腥的方式。

该团队还决定研究黑洞的非线性扰动。随着方程式的复杂性复杂，在这种细节中很少分析引力系统。但是，知道湍流是根本是非线性的，球队决定了非线性扰动分析正是所谓的。

当他们的分析表明时尚确实变得汹涌澎湃时，它们被惊呆了。

“我很惊讶，”杨说，一直研究一般相对论（GR） - 爱因斯坦的重力论 - 自博士以来。“我从来没有相信GR的动荡行为，并且有充分的理由。没有人在数值模拟中看到过它，即使是二进制黑洞等戏剧性的东西。“

“在过去的几年里，我们已经发出了严重怀疑，因为对重力是否会出现动荡，而且它可以很高的信心，”Lehner说。

直到现在，这个行为是如何隐藏的？“它是隐藏的，因为看到它必须去非线性订单所需的分析，”杨说。“人们没有足够的动力来做非线性研究。但是，这次，我们知道我们正在寻找什么。它给了我们做出更深入的研究的动力。我们有一个目标，我们打了它。“

这是理论上的工作，但它可能不会那样。上一代探测器即将上网，这可能很快能够检测到引力波浪 - 引力的“流体”中的涟漪，这是由两个黑洞的碰撞等的大事件。如果引力可以湍流，那么这些涟漪可能比以前的模型所表达的比特。了解这些差异可能使引力波更容易发现。当然，实际上检测这些差异将是引力湍流的直接证据。

“潜在的观察结果，这一发现的后果，”Lehner说。“Ligo或Lisa或一些未来的引力实验可能能够检测到它们。”

但该研究中最激动人心的后果之一涉及重力，而是对普通的地球湍流有关。从飓风到奶油搅拌成咖啡，从大黄蜂的不可能飞行飞往飞机翅膀的末端剪影的漩涡，湍流都在我们身边。然而，我们并不完全理解它。它被认为是古典物理中最伟大的未解决问题之一。

这项研究强化了重力可以作为流体治疗的想法 - 这也意味着流体可以重心处理。

“我们已经陷入了500多年的时间，实现了充分了解湍流，”Lehner说。“这种重力/流体对应告诉我们，有一种方法可以使用引力工具和引力直觉来清新湍流。我们可能最终被困如我们的标准方法，或者我们可能最终完全新的光线，帮助领域前进。这是非常令人兴奋。”

研究报告的PDF副本：湍流的黑洞

图像：NASA / CXC / A.Hobart