Белая дыра в раковине: Подтверждение модели
Если дно вашей раковины плоское, то дело за малым. Откройте кран и отрегулируйте так, чтобы вода лилась стабильной, ровной струей средней силы. Вы увидите сами, как вокруг точки ее падения на поверхность раковины вода, растекаясь ровным диском, образует странный резкий бугор. В гидравлике его называют «гидравлическим прыжком», впервые этот феномен был математически описан еще в начале прошлого века, но до конца он не изучен до сих пор.
В последнее время особый интерес к явлению гидравлического прыжка проявляют астрофизики — а все дело в том, что этот интересный феномен может, как считают многие, служить моделью еще более интересного, так называемых «белых дыр». Коротко говоря, белая дыра является полной противоположностью черной — если из той ничто не может выйти, то в эту ничто не может войти. Иначе говоря, это черная дыра, время в которой взято с противоположным знаком. При всей своей привлекательности белая дыра — чисто теоретическое построение; некоторые полагают, что она может существовать «на противоположном конце» черной дыры, но в реальности обнаружить ни саму такую дыру, ни связанные с ней феномены пока не удалось ни разу.
До недавнего времени. Недавно французский ученый Жиль Жане (Gil Jannes) нашел нечто, что с определенным допущением вполне можно назвать белой дырой — точнее, ее физической моделью. Для этого и понадобится гидравлический прыжок, течение воды в котором быстрее, чем скорость распространения волн по самой воде. Таким образом, волна может выйти из этой «дыры», но никоим образом не войти в нее против течения.
Доказать это, впрочем, оказалось не так-то просто. Для начала понадобилось найти способ измерять обе эти характеристики в области гидравлического прыжка — и скорость течения воды, и скорость распространения волн. Толщина же водного слоя настолько мала, что для этого ученым пришлось прибегнуть к хитрости. Вместо того, чтобы проводить замеры напрямую, они решили измерять лишь их соотношение. А для этого достаточно измерить размеры конуса Маха, который ограничивает волны, исходящие из точечного источника и движущиеся медленнее среды, в которой они распространяются.
Звучит довольно сложно, но на практике достаточно было додуматься до этой остроумной идеи, остальное — дело техники. Давайте снова вернемся на кухню, откроем кран и создадим гидравлический прыжок. Теперь возьмите тонкую палочку и поместите ее в поток воды, на плоский диск, расходящийся от того места, где струя ударяется в поверхность раковины. От палочки к краю диска будет расходиться V-образный конус — это и есть тот самый. А характеристика, которая требуется для нас — это угол, под которым он расходится.
Результаты, к которым пришел Жане с коллегами, подтвердили, что гидравлический прыжок и вправду обладает нужными характеристиками для того, чтобы служить отличной лабораторной моделью для исследований белых дыр. Значит, мы можем простым (и даже элементарным) образом воспроизводить свойства этих экзотических (и даже гипотетических) объектов — и исследовать их. Несмотря на то, что во Вселенной они пока не обнаружены.
Читайте также о том, как ученым удалось создать в лаборатории отличную модель черной дыры — и что из этого вышло: «Есть излучение».
По публикации physics arXiv blog