Ученые доказали, что гидравлический прыжок — явление, которое происходит в плоской раковине, когда в нее льется вода, является хорошей физической моделью белой дыры. Этим термином называют гипотетическую противоположность черной дыры, которая не пропускает ничего внутрь себя, за пределы горизонта событий. Препринт работы, в которой ученые обосновывают возможность использования гидравлического прыжка как модели, появился на сайте arXiv.org, ее краткое описание приводит Wired.
Белые дыры (как, впрочем, и черные) пока не были обнаружены экспериментально, однако вероятность их существования постулируется некоторыми физическими гипотезами. К настоящему моменту ученые разработали теорию белых дыр, в частности их довольно подробное математическое описание. Некоторое время назад специалисты обратили внимание, что поведение воды при гидравлическом прыжке напоминает постулируемое поведение материи в белой дыре. Тем не менее, до сих пор это предположение не было подтверждено экспериментально.
Проведение прямых опытов затрудняло то обстоятельство, что непосредственно измерить скорости движения жидкости в различных частях образующегося водяного «блина» очень сложно. Авторы новой работы решили определять не абсолютные значения скоростей, а их соотношения. Для этого они «воспользовались» конусом Маха — конической поверхностью, которая ограничивает в сверхзвуковом потоке газа область, где сосредоточены звуковые волны от точечного источника возмущений. Конус Маха возникает также на краю образующегося при гидравлическом прыжке «блина», если его чем-либо перегородить.
В том случае, когда «створки» конуса раздвигаются на угол в 90 градусов, это означает, что скорость перемещающихся внутрь волн равна скорости волн, стремящихся наружу. Именно такая картина должна наблюдаться на горизонте событий белой дыры — то есть на ее границе.
Чтобы получить конус Маха, ученые ставили иглу в различные части «блина», формировавшегося, когда они лили масло на плоскую поверхность (с маслом эксперимент провести легче, чем с водой). При перемещении иглы от места столкновения струи с поверхностью до края «блина» угол раскрытия створок постепенно изменялся от 18 градусов до 90. Таким образом, ученые подтвердили, что гидравлический прыжок может служить удовлетворительной моделью белой дыры.
Два года назад коллектив физиков смоделировали черную и белую дыры в лаборатории, создав в оптоволокне их горизонты событий. Подробнее об этом эксперименте можно прочитать тут.