新浪科技訊 北京時間6月10日消息，據物理學家組織網站報道，如果你在黑洞的附近，或許你會感到有些顛簸。但這的確會令很多科學家感到意外，因為引力研究學界傳統的觀點是認為時空無法出現湍動。然而一項加拿大圓周理論研究所(Perimeter)的成果卻顯示這一傳統觀點或許是錯的。

藝術示意圖：位于星系核心的超大質量黑洞。圖中的藍色代表靠近黑洞區域的物質發出的大量輻射。周圍灰色的部分則主要是塵埃和氣體。

研究人員們遵循如下的思路：引力被認為可以表現為流體性質。而流體的一項特征便是湍動——這也就是說，在特定情況下，它們將不會平滑地運動，而是會出現渦流或漩渦。那么引力是否也會出現相似的情形？

　　引力/流體二元性

圓周研究所研究員路易斯·賴納(Luis Lehner)解釋了為何科學家們會將引力視作是一種流體。他說：“在物理學中有一種設想，即所謂全息設想，其核心觀點是認為引力可以用場論進行描述。另外我們也知道在高能狀態下，場論可以被作為描述流體的數學工具。因此這是一個兩步達成的過程：首先，引力等同于場論，隨后場論等同于流體，于是我們得到引力等同于流體。這杯稱作‘引力/流體二元性’。”

“引力/流體二元性”并非什么新的觀點——它已經至少發展了6年時間。然而在其核心仍然存在一個問題，那就是，既然引力可以被視作流體，那么它會存在湍動嗎？

賴納表示：“多年以來，物理學家們的一項共識是引力中不存在湍動。”一項共識是認為引力可以被描述為一系列的方程，其與流體方程之間存在明顯差異，因此在任何情況下引力中都不會存在湍動。

賴納這樣論述這一新出現的矛盾：“要么是先前的二元論存在問題，引力實際上并無法用流體方程進行完全的描述；要么這就是引力中的一種新現象，引力湍動真的存在。”這個研究團隊的成員包括圓周量子計算研究所的賴納，楊歡(Huan Yang，音譯)，以及加拿大理論物理研究所的阿隆·茲默曼(Aaron Zimmerman)。

現在他們已經知道該往什么方向前進。此前在圓周研究所以及麻省理工的一個獨立團隊開展的模擬研究已經顯示，在被壓縮于反德西特空間(anti-de Sitter space)的黑洞案例周圍將存在湍動。賴納表示：“如果你將引力限制在一個盒子中，基本上這將會出現湍動。問題就在于在現實的情況下這樣的情況是否真的能出現。”

　　非線性研究的突破

于是研究組決定對快速旋轉的黑洞進行研究，因為流體力學原理認為這樣一個黑洞周圍的時空粘度應當會低于其他類型的黑洞。更低的粘度將增加出現湍動的幾率——就像水相較于糖漿更加容易出現波紋一樣。

研究組還決定對黑洞的非線性擾動開展研究。引力系統此前很少在這樣的細節水平上被開展研究，因為其涉及的方程異常復雜。但，明確了擾動在本質上是非線性的之后，研究組便明確了非線性擾動分析正是他們所要的。

當他們發現他們的分析結果顯示時空真的出現了湍動時，感到非常震驚。楊歡表示：“我感到非常意外。”楊從博士階段以來一直從事愛因斯坦的廣義相對論研究。他說：“我從來不相信在廣義相對論中存在湍動，并且我有很好的理由。從未有人在數值模擬中看到過這一現象，即便是在兩個黑洞相互繞轉的動蕩環境中也是如此。”賴納表示：“在過去的數年里，我們經歷了從懷疑引力中難以出現湍動，到有很高的信心認為其應當存在的過程。”

那么這種模式如何能一直隱藏到現在？楊歡表示：“之所以會出現這種情況，是因為要想觀察到這種現象必須依賴于非線性秩序。而人們缺乏足夠的動力去做非線性研究。而這一次我們很清楚自己所要尋找的東西，這促使我們去做一些更加深入的分析——我們有目標，并且我們達成了目標。”

這是一項理論工作，但它可能并不會一直停留在這里。或許很快我們就將擁有可以探測到引力波的下一代先進設備——也就是引力場中的漣漪，一般是由一些劇烈的事件，如兩個黑洞互相撞擊產生的。如果引力可以是湍動的，那么這些漣漪可能就與此前一些模型所給出的結論有所區別。了解這些區別有助于探測引力波。并且，事實上直接檢測到這些差異將會是證明引力湍動的直接證據。賴納表示：“這一發現具有潛在的觀測后果。LIGO或是LISA或是未來的某項引力波實驗或許將會探測到它的線索。”

　　對湍動研究的啟示

但這項研究最令人興奮的一點卻并不在于引力，而是它對于平常意義上，地球上發生的湍動研究的啟發作用。從颶風到杯中攪動的咖啡，從大黃蜂扇動的翅膀到飛機翼尖的渦流，湍動無處不在。然而我們隊湍動的了解卻并不多。它被認為是經典物理學領域尚未得到解決的最大問題之一。

而這項研究加強了認為引力作為一種流體的觀點，這也意味著流體可以從引力的視角進行看待和研究。賴納表示：“我們已經花費500年的時間試圖完全理解湍動。這種引力/流體的對應性提示我們可以使用引力工具和方法來重新審視湍動現象。在這一過程中我們可能會再次受困，但也有可能我們將會就此走出一條全新的道路，這一點讓人興奮。”(晨風)