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    科學(xué)家首次發(fā)現(xiàn)“霍金輻射”

    2016/8/22 11:10:48

    新華社北京8月18日新媒體專電;英媒稱,通常認為,黑洞密度極高,以至于沒有任何東西能夠逃出它的魔爪,甚至連光都無法幸免。雖然名字叫做黑洞,但它們其實并非一片漆黑,而是會發(fā)出極其微弱的粒子,這是一種量子輻射。如今,科學(xué)家首次在實驗室中觀察到了這一名為“霍金輻射”的量子效應(yīng)。
    英國《每日郵報》網(wǎng)站8月15日報道,1974年,斯蒂芬·霍金宣稱,黑洞不該是完全黑暗的,量子效應(yīng)意味著應(yīng)該有射線從其邊界逃逸出來。霍金的理論稱,黑洞應(yīng)能發(fā)射亞原子粒子(被稱為霍金輻射),直至它們的能量被完全耗盡。
    報道稱,在1974年的聲明中,霍金闡述了黑洞周圍的強大重力場如何影響粒子和反粒子的配對生成。而根據(jù)量子理論,在虛無的太空中,這一幕隨時隨地都在上演。
    如果粒子是在黑洞的視界(即黑洞邊界)外創(chuàng)造出來的,那么配對粒子中的正粒子可能會逃逸——即我們觀察到的黑洞發(fā)出的熱輻射,而負粒子可能會被拽回到黑洞中。
    在今天出版的《自然·物理學(xué)》雜志的一篇文章中,以色列工學(xué)院教授杰夫·施泰因豪爾論證了這一量子效應(yīng)。利用一個帶有聲音粒子(即聲子)視界的長管子,他制造出了一個聲音的黑洞,而不是通常意義的光的黑洞。
    2014年,施泰因豪爾教授發(fā)現(xiàn),視界處不定時會有聲子出現(xiàn)。他最新的研究結(jié)果顯示,這些逃逸出來的聲子是相互關(guān)聯(lián)的配對聲子中的一個,從而證實了霍金輻射的量子效應(yīng)。
    黑洞中的視界是一個界限清楚的表面或邊緣。由于逃逸速度比光速快,因而在視界之后,沒有任何光線能夠逃逸。
    利用一種名叫玻色-愛因斯坦凝聚的材料,施泰因豪爾教授創(chuàng)造出了一個聲音黑洞。
    早在兩年前的實驗中,他就發(fā)現(xiàn)形成聲波的能量確實會像霍金預(yù)料的那樣從黑洞中“泄漏”出來。而現(xiàn)在他又向前邁進了一步,他發(fā)現(xiàn)這一能量遵循的是量子法則。
    在分界線以里的一側(cè),粒子流動的速度超過了聲速,因此沒有聲音粒子能從中逃逸。
    “想象你正在往上游,而水流卻以比你快的速度向相反的方向流動,”施泰因豪爾說,“聲子無法到達標志 視界 的點。”
     
    他將這個實驗重復(fù)了4600次,也就是在6天中連續(xù)不斷進行實驗。最終,施泰因豪爾觀察到聲子出現(xiàn)的情形。他發(fā)現(xiàn),當他在視界某一邊的某個位置看到一個聲子,其配對的聲子就會出現(xiàn)在視界另一邊的等距位置上。
    該現(xiàn)象出現(xiàn)的次數(shù)足以令施泰因豪爾肯定地指出,這些聲子是“相關(guān)的”。這也是他首次在實驗室中觀察到霍金輻射的量子效應(yīng)。
    從黑洞逃逸出來的粒子與它們被拽進黑洞的伴粒子呈量子糾纏態(tài)的觀念是霍金輻射的一個關(guān)鍵特征,這一特征之前從未被觀測到。因此施泰因豪爾的實驗可謂相當重要。然而由于輻射極其微弱,想要測量從黑洞中發(fā)出的霍金輻射是不可能的。

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