近日，上海大学理学院葛先辉教授、Mikio Nakahara (中原干夫)教授、吴绍锋教授联合韩国汉阳大学Sang-Jin Sin教授和中国科学院大学田雨教授在美国《物理评论》撰文阐明了一个有趣的物理理论机制：如何在弯曲空间模拟平直空间的度规。并发表了题为《Acoustic black holes in curved spacetime and the emergence of analogue Minkowski spacetime》的研究论文（DIO：10.1103/PhysRevD.99.104047）。
（声黑洞示意图，图片来自网络）
黑洞作为一种特殊的天体，具有许多奇特的性质。近年来有关引力波的发现和最近有关黑洞的第一张照片，更是让黑洞备受大众关注。但由于黑洞的特殊性以及距离遥远，直接探测黑洞的难度很大。自上世纪80年代以来，在实验室中利用经典流体、特殊材料和量子材料模拟弯曲空间和黑洞开始受人关注，声黑洞便是最有影响力的一个模型。声黑洞类比了黑洞的重要性质，描述了当一个流体的速度超过声速时会形成一个声波无法逃逸的区域，类似于光无法从真实黑洞视界逃逸。
葛先辉教授、中原干夫教授和吴绍锋教授等提出了一个逆问题：有没有可能在弯曲时空模拟平直空间，以及如何在弯曲时空背景中模拟声黑洞？研究指出引力不仅可以在平坦的时空中模拟，而且可以在弯曲时空中模拟，有趣的是平直的闵科夫斯基空间也可以被模拟。本文在固定背景时空几何中，考虑了相对论的格罗斯-皮达耶夫斯基方程（Gross-Pitaevskii方程）和杨米尔斯理论，研究了弯曲时空中的声黑洞及其物理性质。文章结果表明，声学度规可以从弯曲时空中产生，具体表现为真实度规张量和声黑洞度规张量的Hadamard积。文章还以量子旋涡为试探"粒子"，计算了一个无穷远的试探"粒子"在落入弯曲时空中声黑洞的过程中其"静止质量"的能量释放率，发现其大于热核聚变的放能率。 同时，从4维弯曲空间的杨米尔斯理论出发，得到3维闵氏时空度规并探讨了声黑洞与全息原理有着很深的联系。该工作更好地帮助我们理解了黑洞的物理机制与现象。
本研究得到了国家自然科学基金委员会、中科院战略先导等项目的支持。
论文链接：https://journals.aps.org/prd/abstract/10.1103/PhysRevD.99.104047
