致敬!最新证明:霍金是对的

黑洞产生的辐射非常微弱,无法在太空中探测到,但物理学家找到了非常富有创造性的方式,可以在实验室测量黑洞辐射。根据霍金提出的理论,这种辐射最终抽走足够的能量,让黑洞不断丧失质量,直至彻底消失。科学家普遍认为这一理论是正确的,但他们也一度认为证明这种理论几乎是一项不可能完成的任务。


  • 黑洞艺术概念图。根据霍金的理论,黑洞将最终蒸发殆尽

1974年,霍金提出了他最著名的预测之一——黑洞将最终蒸发殆尽。根据霍金的理论,黑洞并非“只进不出”,而是会向外喷射粒子。这种辐射最终抽走足够的能量,让黑洞不断丧失质量,直至彻底消失。科学家普遍认为这一理论是正确的,但他们也一度认为证明这种理论几乎是一项不可能完成的任务。

霍金辐射非常微弱,当前的观测仪器无法在太空中探测到这种辐射。现在,物理学家首次证明至少可以在实验室探测神秘莫测的霍金辐射。在实验室进行的模拟研究中,科学家借助声波和宇宙中温度最低且最为怪异的物质窥探到这种辐射。


黑洞的引力异常强大,即使是移动速度达到光速的光子也无法逃脱它的引力。虽然太空中的真空通常被认为是“一片空白”,但量子力学的不确定性意味着真空充斥了虚粒子——物质粒子和反物质粒子对。反物质粒子与对应的物质粒子具有相同的质量,但带有相反的电荷。

通常情况下,一对虚粒子出现后,它们会立即相互湮灭。但在黑洞附近,异常强大的引力会将粒子对拆散,一个粒子被黑洞吸收,另一个粒子抛射到太空。被黑洞吸收的粒子带有负能量,它们会减少黑洞的能量和质量。一旦吸入足够多的虚粒子,黑洞最终蒸发殆尽。逃逸的粒子放射出所谓的霍金辐射。这种辐射非常微弱,目前无法在太空中探测到,但物理学家已经找到了非常富有创造性的方法,能够在实验室测量霍金辐射。


  • 黑洞是宇宙内最神秘的天体之一,能够扭曲周围的时空

以色列理工学院物理学家杰夫·斯坦豪尔(Jeff Steinhauer)及其同事,利用一种被称之为“玻色-爱因斯坦冷凝态”的超低温气体模拟黑洞的事件视界。(事件视界是不可见的黑洞边界,任何物质都无法逃离。)在这种气流中,他们设置了一处“悬崖”,形成一道气体“瀑布”。当气体抵达瀑布,便会将足够的势能转化为动能,让速度超越声速。

在气流中,研究人员使用了成对的声子或者量子声波。气流移动缓慢一侧的声子,运动方向与气流相反,不断远离瀑布;快速流动一侧的声子无法远离瀑布,会被超音速气体“黑洞”俘获。斯坦豪尔表示:“这就像我们在流速超过我们游动速度的水流中逆流而上。你感觉自己向前行进,实际上却在后退。这类似于黑洞中的光子,虽然试图逃离黑洞,但最终被引力拖向了另一个方向。”


  • 黑洞周围存在所谓的事件视界,一旦穿过这个边界,任何物质都无法逃脱黑洞的引力

根据霍金的预测,黑洞所喷射粒子的辐射处在连续的波长和能量频谱中。他认为这一现象可以用只依赖于黑洞质量的单一温度加以描述。最近的实验利用声波黑洞证实了霍金的这两个预测。巴黎第十一大学理论物理学家雷诺·帕伦塔尼指出:“这些实验拥有极高的精确度,令人感到不可思议。

在实验方面,斯坦豪尔是当前利用冷原子窥探黑洞物理现象的世界一流专家。”帕伦塔尼从理论角度研究模拟黑洞,并没有参与这项新研究。他强调这项研究还只是万里长征的第一步。尤其需要指出的是,这项研究并未证明声子对在量子水平具有相关性,而这恰恰是霍金预测的一个重要方面。“故事还没有结束,还将继续下去。”


博科园|文:梅雷迪恩·弗莱转自:漫步宇宙/qqtaikong博科园|科学、科技、科研、科普
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