今天，最极端的重力效应可以在实验室里模拟出来。

在德国城市科布伦茨的南部，莱茵河的长度超过30英里，宽度非常窄，这使得已经快速流动的河水极其湍急。河底的暗礁曾经是一条非常陡峭的路线，那里发生了许多传说和民间故事。它在瓦格纳的歌剧中经常扮演非常重要的角色。这片水域是一个黑洞

如果你的船想在这条河里逆流而上，但没有足够强大的引擎，那么狭窄的河面和凶猛的水势将成为事件的地平线:一旦它经过，就无路可退，无论你采取什么行动，你都无法逃脱被水流吸向下游的命运。

资料来源:土地管理局/维基媒体用户豪成；美国政府

199物理学家将重力与变速运动的流体相比较。这绝非简单的类比。事实上，它们有相似的关系，可以通过数学精确计算。当研究重力和流体之间的关系时，物理学家选择了水波而不是能自动改变速度的船只，因为水波的速度取决于流体本身的性质。如果流体的速度超过水波的速度，水波就不能逆转。这就像如果你登上一架超音速飞机，它远远领先于第二架飞机，那么你就听不到第二架飞机的引擎声。回到黑洞，光无法逃离黑洞，但声音可以

的类比不仅适用于表面波，也适用于流动气体产生的声波。如果气体被推动通过一个狭窄的通道，并加速到超过音速的速度，就会产生一个声学视界。因为气体流动非常快，所以没有声音能够穿过这个声波层。

资料来源:Sabine Hossenfelder.

9年比尔·安鲁称这种声音捕捉方法为“哑洞”。1980年，他第一个提出用流体模拟重力的想法。此后，“模拟重力”领域蓬勃发展。物理学家发现，在许多系统中，波可以像在强引力场中一样运动。因此，他们设计了一些方法，可以模拟黑洞，甚至像早期宇宙一样模拟空间的快速膨胀。现在，模拟只能通过在实验室观察流体或气体中扰动的传播模式来完成。

在视频中，水流过有障碍物的容器。障碍物的存在加快了水流速度。研究人员利用这个实验来测量波的传播及其与流速的相关性。

说明:成对波的创造该图显示了输入频率为0.185赫兹的匹配波的转换:a、具有未滤波特性的傅里叶变换b，仅包括输入频率的滤波特性正滤波和负滤波的波形特征(颜色代表振幅，详见颜色栏)

这种类型的声波，和受重力影响的光可以应用同样的公式，只是用声速代替光速即使这种声波的近似值保持在有效范围内，它们也遵循狭义相对论的对称原理。通过这种方式，科学家可以通过实验检测重力作用下的物质行为，并研究在正常条件下无法观察到的各种情况。

例如，物理学家想知道在大爆炸发生时，黑洞附近或大爆炸时间线前后发生了什么。如果波也有量子属性，会发生非常有趣的事情。在这种情况下，粒子(声子)与波相关联。然而，为了研究量子行为，仅仅用流体做实验是不够的。

解释:黑洞来源:朱佩/阿拉米.

在模拟重力领域，理论总是远远领先于实验。然而，近年来，实验人员已经逐渐赶上了他们，他们现在能够检测量子行为。在模拟流体重力的过程中，实验者为低粘度流体选择了一个近似值，即选择粘度接近于零的超流体是测试量子效应的理想状态。物理学家将数十亿凝聚原子束缚在超流体中，然后用激光来移动它们。然而，这项技术在实验过程中仍然面临着巨大的挑战。直到最近几年，物理学家才能够使用超流体凝聚来研究一个非常有趣的重力模拟现象:黑洞蒸发

黑洞

的蒸发应该归因于事件视界周围弯曲时空中物质场的量子效应。流体可以在那里模拟弯曲的时空，由于同样的数学描述，将会产生由声子(不是光子)组成的类似辐射。事实上，科学家两年前就观察到了这种辐射，证实了斯蒂芬·霍金1974年的预测，即粒子的热分布将发生在视界附近(黑洞视界或声学视界)

说明:霍金辐射

然而，早期的实验未能证明霍金辐射理论最有趣的一个方面:视界内外的粒子彼此共享信息。根据霍金的计算，这些粒子就像“纠缠对”。从个人的角度来看，它们的量子数没有特殊的价值。相反，它们在所有方面都有相同的属性。

资料来源:Ulf Leonhardt.

说，粒子对纠缠的原因之一是两个粒子的总自旋为零，并且它们以相反的方向运动。向左移动的粒子自旋为+1，向右移动的粒子自旋为-1，反之亦然但这是我们目前仅有的信息:单个粒子在被测量之前没有预设的自旋值。视界内外的霍金辐射粒子是孪生的

对于科学家来说，199黑洞的辐射是否纠缠在地平线上是一个紧迫的问题，因为它决定了信息落入黑洞的命运。如果粒子对纠缠在一起并一直保持这种状态，一方会陷入奇点，然后被摧毁，这将使另一方处于模糊状态:信息将被删除。然而，在量子力学中消除这些信息是不可能的，这不可避免地带来了一个巨大的问题:物理学家不知道如何用量子理论解释重力。以色列理工学院的杰夫·施泰因豪尔正在进行一项新的实验，在模拟黑洞中测量霍金辐射理论中的纠缠。他的实验结果可以在arxiv上看到。

地图来源:2014-2015年物理学和技术部jeffsteinhauer教授

施泰因豪尔使用电磁场来捕获超流体冷凝物，并使用激光来移动它以产生液流。他不改变流速，而是改变冷凝液的密度，从而影响声速。1/2流体的速度低于声速，而另一种1/2流体的速度高于声速，因此形成了一个声层。他立即测量了地平线两侧的流体波动。

他的实验结果证实霍金辐射由纠缠对组成然而，施泰因豪尔只能证明纠缠对处于高频状态，而不能证明处于低频状态。这一初步结果是由实验的不确定性还是由辐射的一般特征引起的，科学家仍不确定。如果我们坚持实验，这种相互关联的缺失可能会打开一扇门，帮助信息逃离地平线，然后为黑洞的信息悖论提供一个答案。

解释:霍金辐射/粒子对

的观测

事件视界位于原点，从事件视界发出的暗带是霍金辐射和粒子对之间的关联。实线代表从地平线开始的小角度。虚线是用傅立叶变换测量的霍金纠缠

资料来源:arxiv，作者杰夫·施泰因豪尔(2015)

毫无疑问，流体和重力之间的类比有局限性。尽管电流波的行为就像是在重力场中，但流体本身的行为并不像重力场。在广义相对论中，时空是动态的，对在其中运动的粒子做出反应。流体也根据波的运动作出反应，但是，它们的反应是不同的，至少在迄今为止的发现中是如此。换句话说，科学家只能模拟不依赖于时间或已知依赖于时间的重力系统。

令人惊奇的是重力和流体动力学之间的关系在数学意义上是如此精确这似乎意味着重力可能是由各种元素的相互作用引起的。时间和空间可能不像我们想象的那样虚幻和没有实质。