首次在实验室里间接验证了霍金辐射的真实性

来源:煎蛋发布时间:2019-05-31

霍金辐射的必要先决条件被物理学家证明了。

首次在实验室里间接验证了霍金辐射的真实性

网络图

实验室创造的模拟黑洞提供了新证据,证明这些神秘的天体确实在向外辐射电磁波。证据是间接的:物理学家证明黑洞模拟物具有温度,而它是斯蒂芬·霍金预言的著名现象——霍金辐射的必要先决条件

在广义相对论的框架里,黑洞是不可避免的。它的引力如此强烈,甚至光——宇宙中最快的东西——也无法逃逸。因此,广义相对论下的黑洞不应存在电磁辐射现象。

但是霍金在1974年提出的一个理论,当我们考虑到量子力学时,黑洞确实会发出一些东西:一种存在于理论中的电磁辐射,后被命名为霍金辐射。

霍金辐射类似于由黑洞温度产生的黑体热辐射,其强度与黑洞的质量成反比。然而,要想在现实的宇宙中检测出该现象,十分的不现实。毕竟就连黑洞本身,当时都只是理论中存在的天体。

测量黑洞的温度也不是一件容易的事。质量相当于太阳的黑洞的表面温度仅有60纳开尔文(1纳开等于十亿分之一开尔文)。它所吸收的宇宙微波背景辐射远远高于它发射的霍金辐射;黑洞越大,表面温度就越低。

今年早些时候,科学家利用光纤模拟黑洞。这一次则利用一组超冷铷原子,把原子簇冷却到仅仅比绝对零度高几十亿分之一开尔文。它们也被称为玻色 —爱因斯坦凝聚物。

当这种冷凝物开始流动时,它会产生一种被称为声学黑洞的东西:捕获声音(声子)而不是光(光子)。在能级较高的一端,冷凝物流动缓慢;反之,它流动加快。两者之间存在着一个声音的'事件视界'。

正如Technion-Israel Institute of Technology的物理学家Jeff Steinhauer及其同事在2016年所展示的那样,当一对纠缠的声子出现在声音事件视界处时,一个声子会被低速冷凝物推开——这就是声学版的霍金辐射

与此同时,高速冷凝物比另一个声子移动得更快,因此它被模拟黑洞吞噬——或者说,Steinhauer团队认为应该如此。但在前面提到的光纤实验里,项目领导者Ulf Leonhardt发现无法排除结果是统计异常点,所以团队回过头来改进实验。

他们的新结果再一次表明,一个声子会被吸入声音黑洞,而另一个可以逃离。这一次,不确定性的空间要小得多——Leonhardt看起来非常激动。

“为Jeff干杯,他们迈出了重要的一步。这是他应该感到自豪的工作,我们应该为优秀论文庆祝。”

但实验也产生了另一个结果。

“de Nova和他同事的工作最显著的特征是新颖性,它是一种巧妙的测量方案。”诺丁汉大学的数学家Silke Weinfurtner在报告的评论中写道,“他们在黑洞的量子模拟实验中的的发现为霍金温度提供了第一个证据。”

因此,支持霍金的证据正在增加,最新的检测模拟黑洞温度的技术可以帮助我们更深入地了解黑洞的热力学性质。

该研究发表在《自然》上。

本文译自 sciencealert,由译者 majer 基于创作共用协议(BY-NC)发布。


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