在德國城市科布倫茨的南部，萊茵河有一段超過30英裏的長度，寬度極為狹窄，這使得本就湍急的水流變得異常洶湧。
這片河域底部的布滿暗礁，曾是一段極為險峻的航線、許多傳說與民間故事的發生地，在瓦格納的歌劇中常扮演非常重要的角色。
這片水域是一個黑洞。
如果你的船只想在這片河域逆流而上，卻沒有裝備夠強勁的引擎，那麼狹窄的河面和凶猛的水勢就會成為事件視界：一旦經過便無路可退，無論采取何種行動，你都將無法逃脫被水流吸至下遊的命運。
圖源：土地管理局 / 維基媒體用戶 Howcheng; 美國政府
物理學家們將引力與變速運動的流體作類比，這遠不只是一個簡單的比喻手法，事實上它們存在著可以用數學精准計算而出的類同關系。在研究引力與流體的關系時，物理學家沒有選能自主變速的船只，而選擇了水波，因為水波的速度取決於流體自身屬性。如果流體的流速超過了水波的波速，水波就無法逆行。
這就好比如果你登上一架超音速飛機，它遙遙領先於第二架飛機，那你是無法聽到第二架飛機的引擎聲的。
回歸到黑洞，光無法逃離黑洞，聲音卻能。
這個類比不僅適用於表面波，也同樣適用於流動氣體產生的聲波。
如果推壓氣體使其穿過一條狹窄的通道，並且給氣體加速，使它的速度超過聲速，就會產生聲學視界。因為氣體流動極快，將沒有聲音能夠穿過這個聲學視界。
圖源: Sabine Hossenfelder.
Bill Unruh將這種聲音捕捉法稱為“啞孔”，他於1980年率先提出利用流體模擬出引力的想法。
自那時起，“模擬引力”領域開啟了蓬勃發展。
物理學家發現在許多系統中，波能如同在強引力場中一般移動，他們由此設計出可以模擬黑洞，甚至能模擬出如同初期宇宙那般迅速擴張空間的方法。
而今，只需在實驗室中觀測擾動在流體或氣體中的傳播方式，就能完成模擬。
在視頻中，水流穿過帶障礙物的容器，障礙物的存在加快了水的流速。研究人員通過這個實驗測量波的傳播方式，以及波與流速的關聯。
圖釋：配對波的創建。
圖片展示了輸入頻率為0.185 Hz的配對波的轉換：a，未濾波特性的傅裏葉變換 b，僅包含輸入頻率的濾波特性。
c和d，正負濾波的波特性（顏色代表波幅，詳見色條。）
這種類型的聲波，與被引力影響的光可以套用同一個公式，只需將聲速代替光速即可。甚至，如果這類聲波的近似值保持在一個有效範圍內，它們還遵循了狹義相對論的對稱性原理。如此一來，科學家們就可以通過實驗探測引力作用下的物質行為，研究普通狀態下無法觀察到的各種情況。
例如，物理學家想知道發生宇宙大爆炸時黑洞附近、或者大爆炸的時間線前後究竟發生了什麼。如果波也具有量子特性，就會發生很有趣的事情。在這種情況下，粒子（聲子），與波產生關聯。然而，為了研究量子行為，僅僅用流體做實驗是遠遠不夠的。
圖釋：黑洞 圖源: Jupe / Alamy.
在模擬引力領域，理論始終遙遙領先於實驗。不過近幾年，實驗家們漸漸趕上來了，他們現在已經能夠探測量子行為。在模擬流體引力的過程中，實驗者為低黏性流體選取了一個近似值，也就是說，選取黏度接近零的超流體是測試量子效應的理想狀態。
物理學家將數十億個冷凝狀原子束縛在超流體中，再運用激光使它們運動。
然而，這項技術在實驗過程中仍存在極大的挑戰性。
直到近些年，物理學家才有能力利用超流體冷凝物研究一項超有趣的引力模擬現象：黑洞蒸發。
黑洞蒸發應當歸咎於事件視界周邊彎曲時空中物質場的量子效應。
流體能夠模擬那裏的彎曲時空，並且，由於數學描述相同，將會產生由聲子（不是光子）構成的類似輻射。
確實，科學家們在兩年前就觀測到了此種輻射，證實了斯蒂芬·霍金在1974年的預測——視界區域附近（黑洞視界或聲視界）會產生粒子的熱分布。
圖釋：霍金輻射
然而，早期實驗無法證實霍金輻射理論中最有趣的一條：視界內外的粒子共享彼此的信息。按照霍金的計算，這些粒子就像“糾纏不清的對子”，從個體來看，它們的量子數並無特值；相反，它們在各方面共享屬性。
圖源: Ulf Leonhardt.
說粒子結對呈現糾纏態的原因之一是兩個粒子的總自旋為零，它們朝相反方向運動。
向左運動的粒子自旋為+1，向右運動的粒子自旋為-1，或反之。
但這是我們目前掌握的唯一信息：個體粒子在被測量前並沒有預先設定的自旋值。
視界內、外部的霍金輻射粒子呈結對糾纏態。
黑洞輻射在視界內是否呈糾纏態是科學家們迫切想了解的問題，因為這決定了信息落入黑洞後的命運。
如果粒子結對呈糾纏態並始終保持這一狀態，一方必將落入奇點繼而被破壞，這將使另一方處於模糊狀態：信息被刪除。然而此類信息消除在量子力學中是不可能發生的，這勢必構成了一個巨大難題：物理學家不知道如何用量子理論解釋引力。
以色列理工學院的Jeff Steinhauer正在進行一項全新實驗，在模擬黑洞中測量霍金輻射理論中的糾纏態；可以在 arxiv上查看他的實驗結果。
圖源：© 2014-2015 Prof. Jeff Steinhauer，物理技術系
Steinhauer采用電磁場捕捉超流體冷凝物，利用激光使其運動以產生液流。他不改變流速，而是改變冷凝物的密度，從而影響聲速。1/2流體的速度低於聲速，另1/2流體的速度大於聲速，從而產生了聲學視界。他隨即測量了視界兩側流體的波動。
他的實驗結果證實了霍金輻射由糾纏對組成。然而，Steinhauer只能證實高頻狀態下的糾纏對，無法證明低頻狀態下的糾纏對。這一初步結果究竟是因為實驗的不確定性造成的，還是由於輻射的一般特性產生的，科學家尚無法定論。如果堅持實驗，這種相互關聯的缺乏或許能為幫助信息從視界逃逸開啟一扇門，繼而為黑洞信息悖論提供答案。
圖釋：對霍金輻射/粒子對的觀測
視界在原點，從視界射出的暗帶是霍金輻射與粒子對間的相互關聯。實線代表從視界出發的等次角。虛線是由傅裏葉變換測量出的霍金對糾纏。
圖源：arxiv，作者Jeff Steinhauer（2015）
毋庸置疑，將流體與引力作類比具有局限性。
盡管流波表現得和它仿佛在引力場一樣，流體自身的行為卻不像引力場。
在廣義相對論中，時空是動態的，會根據其內部運動的粒子做出響應。
流體也會根據波的運動做反應，但=然而它們的反應並不相同，至少在迄今為止的發現中如此。
也就是說，科學家目前只能模擬出非時間依賴或已知時間依賴的引力系統。
令人稱奇的是，引力與流體動力學的關聯在數學意義上是如此精准。
這似乎暗示著引力或許是由各要素的相互作用產生的。
時空也許並不像我們所想那般虛無縹緲沒有實體。
參考資料
1.維基百科全書
2.天文學名詞
3. Sabine Hossenfelder-淩晨2點鐵道口見
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