黑洞,听起来就像是邪恶的星际漩涡,一团巨大的“鬼知道是什么”的致密物质,连光都无法逃逸出其视界。
然而年,斯蒂芬·霍金在科学界一语惊人,惊起千层浪:黑洞可能并不那么黑。或许会有少数粒子从黑洞中逃出生天,散发出微弱的光。
现在,有一位科学家认为他再现了这道微光。
以色列理工学院的杰夫·施坦豪尔在他的实验室中模拟出了黑洞,然而他利用的并非光学定律,而是声学定律。他的人工黑洞释放出一个明显特征,为以霍金命名的理论——霍金辐射提供了强有力的证据。这一研究表明黑洞也许并非如我们想象,是无底深渊;同时也对以整合引力理论和粒子物理为目标的整个物理界有着更为宽广的影响。
施坦豪尔与他的实验仪器。发光处即是“黑洞”的“视界”
“我认为这项研究在证明霍金的计算上自成一格。”施坦豪尔说道。
施坦豪尔的黑洞不是一头吞噬光线的巨兽,而是实验室中的一串冷铷原子,即称为玻色-爱因斯坦凝聚的一种物质形式。施坦豪尔利用激光创造出了一道瀑布:在瀑布的一边,有很多原子缓慢移动,随后以超音速越过边界,倾泻而下。这意味着声音的独立单位——声子无法越过瀑布顶端的边界逃逸。这就相当于一个黑洞,区别只在于太空黑洞的引力拖曳是让光粒子无法逃逸而已。施坦豪尔在《自然·物理学》期刊上发表了他的研究成果。
量子力学向来以诡异著称。从最微观的层面上来看,粒子会伴随其反粒子一同出现,然后湮灭。霍金预言,在黑洞视界附近,这些粒子对有可能在湮灭发生前其中一个就掉入了黑洞,这样另一个就以霍金辐射的形式逃逸出来。施坦豪尔在他的原子瀑布的两端观察到了同样的效应:一束粒子落入黑洞,而与之匹配的另一粒子流则从另一端出来了。施坦豪尔证明这两组粒子彼此纠缠,这就意味着无论相隔多远,这些属性都是相互依存的。这正是霍金辐射的一个必要条件。
正如耶鲁大学天体物理学家格兰特·特兰布雷所指出的,需要强调的是,施坦豪尔并没有利用真实的黑洞,因此不能凭借这些研究结果就断言太空中的黑洞也具有同样的行为。然而,类似布莱恩·格林这样的物理学家常会探讨通过弦理论和量子引力将引力、电磁与原子内的力统一起来,创造出一种万有理论。施坦豪尔称,自己所观察到的结果将进一步支持大统一理论。在施坦豪尔的黑洞中观察到霍金辐射也表明他的模拟黑洞是研究真实黑洞的有效工具。
“这一结果是玻色-爱因斯坦凝聚可以在实验室环境下作为模拟黑洞的优美范例,”特兰布雷说道。“这也使在真实黑洞上永远不可能实现的实验成为了可能。”
文章来源:PopularScience
文章作者:RyanF.Mandelbaum
编译:未来论坛商白
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