天体物理虫洞的流体动力学模型：总体概念

我们研究天体物理虫洞的流体动力学模型，其中水波在波速与流速一致的两个临界点之间的传播过程中可被放大。此类模型可在具有可变宽度和深度的浅水实验室管道中实现。本文中，我们推导了变截面管道中空间变化流动上浅水波的基本方程组，并给出了临界点邻域解的渐近分析。若流动从亚临界 regime 过渡到超临界 regime，则临界点模拟黑洞（BH）视界；若流动从超临界 regime 过渡到亚临界 regime，则模拟白洞（WH）视界。接着我们研究具有两个视界的流动中的波传播，此时流动先经过 BH 视界再经过 WH 视界。两视界之间的区域模拟广义相对论中的虫洞。为完整起见，我们也研究了依次经过 WH 与 BH 视界的过渡。理论结果通过这两种构型下波传播的数值计算加以说明。结果表明，波在穿过视界间活跃区后的放大仅发生于 BH–WH 构型中，且可出现在亚临界与超临界流速的不同关系下。放大因子的频率依赖性被获得，并以“虫洞域”内外速度比予以量化。在下一篇论文中，我们计划给出特定速度分布的精确解。