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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(rèn)為,黑洞密度極高,以至于沒(méi)有任何東西能夠逃出它的魔爪,甚至連光都無(wú)法幸免。雖然名字叫做黑洞,但它們其實(shí)并非一片漆黑,而是會(huì)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(shí)驗(yàn)室中觀察到了這一名為“霍金輻射”的量子效應(yīng)。
    英國(guó)《每日郵報(bào)》網(wǎng)站8月15日?qǐng)?bào)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(lái)。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(bào)道稱,在1974年的聲明中,霍金闡述了黑洞周圍的強(qiáng)大重力場(chǎng)如何影響粒子和反粒子的配對(duì)生成。而根據(jù)量子理論,在虛無(wú)的太空中,這一幕隨時(shí)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(lái)的,那么配對(duì)粒子中的正粒子可能會(huì)逃逸——即我們觀察到的黑洞發(fā)出的熱輻射,而負(fù)粒子可能會(huì)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(gè)帶有聲音粒子(即聲子)視界的長(zhǎng)管子,他制造出了一個(gè)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(shí)會(huì)有聲子出現(xiàn)。他最新的研究結(jié)果顯示,這些逃逸出來(lái)的聲子是相互關(guān)聯(lián)的配對(duì)聲子中的一個(gè),從而證實(shí)了霍金輻射的量子效應(yīng)。
    黑洞中的視界是一個(gè)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(méi)有任何光線能夠逃逸。
    利用一種名叫玻色-愛(ài)因斯坦凝聚的材料,施泰因豪爾教授創(chuàng)造出了一個(gè)聲音黑洞。
    早在兩年前的實(shí)驗(yàn)中,他就發(fā)現(xiàn)形成聲波的能量確實(shí)會(huì)像霍金預(yù)料的那樣從黑洞中“泄漏”出來(lái)。而現(xiàn)在他又向前邁進(jìn)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(dòng)的速度超過(guò)了聲速,因此沒(méi)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(dòng),”施泰因豪爾說(shuō),“聲子無(wú)法到達(dá)標(biāo)志 視界 的點(diǎn)。”
     
    他將這個(gè)實(shí)驗(yàn)重復(fù)了4600次,也就是在6天中連續(xù)不斷進(jìn)行實(shí)驗(yàn)。最終,施泰因豪爾觀察到聲子出現(xiàn)的情形。他發(fā)現(xiàn),當(dāng)他在視界某一邊的某個(gè)位置看到一個(gè)聲子,其配對(duì)的聲子就會(huì)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(shí)驗(yàn)室中觀察到霍金輻射的量子效應(yīng)。
    從黑洞逃逸出來(lái)的粒子與它們被拽進(jìn)黑洞的伴粒子呈量子糾纏態(tài)的觀念是霍金輻射的一個(gè)關(guān)鍵特征,這一特征之前從未被觀測(cè)到。因此施泰因豪爾的實(shí)驗(yàn)可謂相當(dāng)重要。然而由于輻射極其微弱,想要測(cè)量從黑洞中發(fā)出的霍金輻射是不可能的。

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