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物理学家在模拟黑洞中观察到霍金辐射

2016-08-17   标签:霍金 黑洞 辐射    来源:sciencealert.com
霍金辐射认为宇宙充满了虚拟的混乱粒子,它们转瞬即逝,在接触之时即湮灭彼此,如果它们碰巧出现在黑洞事件视界附近除外。
A lab-made black hole just gave us the strongest evidence yet for Hawking radiation

物理学家霍金曾在1974年提出霍金辐射,即从理论上来说少量高能辐射能够逃离黑洞的引力。

物理学家在模拟黑洞中观察到霍金辐射

这一假设颠覆了人们的传统认知,毕竟一直以来人们都认为没有东西(包括光)能够逃离黑洞。现在,物理学家终于在模拟黑洞中观察到了霍金辐射。

当然在我们于真正的黑洞附近观察到霍金辐射之前,霍金辐射只是假设而已,不过我们的技术尚没有先进到能做这样的事情。于是物理学家们在声音黑洞中测试了他们的假设。

声音黑洞这一理论于20世纪80年代出现,但它直到2009年才变为现实。声音黑洞由被冷冻在略高于绝对零度之上这一温度中的铷原子构成。在这种情况下,铷原子会进入物质的一种量子态,它们开始变得像彼此的复制品,凝结形成“超级粒子”或者波,这被称作玻色-爱因斯坦凝聚态(Bose-Einstein condensate,简写BEC)。

先前的研究曾证实这些声音黑洞在某些关键的方面可以模拟真正的黑洞,因此它们被当做真正黑洞的绝佳替代品。

以色列理工学院的物理学家Jeff Steinhauer研究声音黑洞至今已有七年,他做了4600次实验,观察到了霍金预测的东西:成对的声子(声音能量包)开始自发地出现在事件视界上,之后一个声子会被推离黑洞进入模拟空间,而另外一个则坠入黑洞内部。

霍金辐射认为宇宙充满了虚拟的混乱粒子,它们转瞬即逝,在接触之时即湮灭彼此,如果它们碰巧出现在黑洞事件视界附近除外。

在这种情况下,一个粒子被吞噬之后,另外一个粒子会辐射到宇宙中。感谢逃离的辐射从黑洞中偷走的能量,随着时间的流逝黑洞的质量也会变小,并最终不复存在。

此时悖论也出现了:根据爱因斯坦广义相对论,所有穿过黑洞事件视界的物质都会被永久吞噬,且永远不会恢复。但根据我们对量子力学的理解,被吞噬的物质不会被永久摧毁,那么到底哪一个才是对的呢?

今年年初,霍金发表了与这一信息悖论有关的解决办法。该办法认为黑洞周围有像柔软长发一样的光晕,它能够储存信息,使得信息不会永久遗失。并非每位专家都信服这样的说法。

回到Steinhauer及其团队身上,他们连续做了六天声音黑洞实验之后,拍摄到了BEC,并发现逃离的声子实际上与坠入黑洞的声子有纠缠。

他表示:“我们看到高能粒子对纠缠在一起,低能的则没有。我们观察到了霍金辐射的热分布,这证实了霍金提出来的与黑洞热力学有关的预测。”

Steinhauer补充说黑洞事件视界附近的粒子产生的能量很高,因此该模拟也支持防火墙之争(另外一个不同的假设,它认为霍金粒子之间的纠缠解开后,它们的同伴产生的能量足以在黑洞边缘创造出一道切实存在的火焰墙)。

物理学家们需要重复更多实验才能证实这些结果,而只有黑洞边缘的直接观察才能让霍金拿到诺贝尔奖。

该研究被发表在《自然》上。


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