新的证据支持斯蒂芬·霍金的黑洞缩小理论

很长一段时间以来,人们一直认为黑洞的引力是完全的,没有任何东西,甚至光,能够逃脱视界的束缚。然后,1974年,一位名叫斯蒂芬·霍金(Stephen Hawking)的崭露头角的物理学家提出了一个大胆的建议:由于量子物理学的特殊性,黑洞实际上应该发射出少量的电磁辐射(称为霍金辐射),并随时间慢慢缩小。现在,一位名叫杰夫·斯坦豪尔的以色列物理学家声称已经证明了霍金的理论——在实验室里创造了一个声学黑洞...

很长一段时间以来,人们一直认为黑洞的引力是完全的,没有任何东西,甚至光,能够逃脱视界的束缚。然后,1974年,一位名叫斯蒂芬·霍金(Stephen Hawking)的崭露头角的物理学家提出了一个大胆的建议:由于量子物理学的特殊性,黑洞实际上应该发射出少量的电磁辐射(称为霍金辐射),并随时间慢慢缩小。现在,一位名叫杰夫·斯坦豪尔的以色列物理学家声称已经证明了霍金的理论——在实验室里创造了一个声学黑洞。

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斯坦豪尔的黑洞,当然,只是真实事物的影子。它建立在一位名叫Bill Unruh的物理学家的建议之上,他在80年代提出,科学家可以用其他物质来重现黑洞的物理现象——例如,一个在瀑布边游泳者不能快速移动以逃脱水的拉力,从广义上讲,他是在行动,类似于光粒子被吸入黑洞。

斯坦豪尔用声波而不是光粒子重建了一个黑洞

而不是使用水或光作为媒介,虽然斯坦豪尔使用声波。他的实验包括将铷原子云冷却到略高于绝对零度(理论上可能的最低温度),此时它们进入一种称为玻色-爱因斯坦凝聚态的状态。斯坦豪尔利用激光在云中创造出一个像瀑布边缘一样的边缘——原子在一边缓慢移动,然后以比声速更快的速度倾泻到边缘。

与霍金预测光粒子可能逃逸视界的方法一样,斯坦豪尔观察到声子(代表单个声音包的粒子)逃逸了铷瀑布的引力。这项实验的全部结果发表在本周的《自然物理学》杂志上。

新的证据支持斯蒂芬·霍金的黑洞缩小理论 <**all/> <**all> Professor Jeff Seinhauer and his black hole apparatus. (Image credit: Nitzan Zohar, Office of the Spokesperson, Technion)</**all>

最关键的是,斯坦豪尔观察到逃逸的粒子似乎与被拉过边缘的粒子纠缠在一起,这意味着它们的物理特性是匹配的。这种所谓的量子纠缠是霍金辐射的关键属性之一,因为人们认为辐射是在黑洞边缘出现粒子和反粒子对时产生的(在量子力学中,这种情况经常发生)。视界像一把刀一样将两个粒子分开,导致一个粒子被吸入其中,而另一个粒子则作为霍金辐射逃逸。

研究结果有助于我们理解信息悖论

斯坦豪尔的研究结果之所以重要,不仅因为它们支持霍金的理论,还因为它们可能有助于我们理解所谓的信息悖论。这是物理学的一个普遍假设的基石(物理信息不可能完全丢失)和我们目前关于黑洞的理论之间的明显矛盾(如果它们像霍金所说的那样慢慢缩小,那么信息就在这个过程中丢失)。因此,霍金辐射存在的证据越多,调和信息悖论的压力就越大。

正如斯坦豪尔对《商业内幕》所说:“人们之所以关心黑洞和霍金辐射,不是为了了解黑洞本身,而是为了测试新的物理定律[……]验证霍金辐射是否真的发生,是朝着试图弄清楚新的物理定律是什么迈出了很好的一步。”

然而,物理学家并不完全确定斯坦豪尔的实验是否证实了霍金辐射的存在。毕竟,对黑洞的模拟——无论多么精确——仍然只是一个模拟。”理论和实验物理学家西尔克·温弗特纳在接受《自然》杂志采访时说:“这项实验,如果所有的说法都成立的话,那真是太神奇了,它并没有证明天体物理黑洞周围存在霍金辐射。”,告诉《新科学家》这项工作需要独立的确认大的结果需要确凿的证据无论如何,我认为这是一个非常漂亮的实验,一个人们已经想了10年的实验,但他是第一个这样做的。”


史蒂芬·霍金的《星空》解释道

  • 发表于 2021-05-07 02:05
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