@ 2021.10.23 , 10:41

验证霍金辐射的黑洞激光器

科学家们越来越接近验证霍金辐射这一目标。霍金辐射是由黑洞的事件视界产生的热辐射,仅仅掌握这一理论就很棘手,更不用说找到它了。

现在,有一个新的思路——创建一种特殊的量子电路,作为 "黑洞激光",模拟黑洞的一些本质特性。与以前的研究一样,这个想法是,专家们可以观察和研究霍金辐射,而不必去看真正的黑洞。

基本原理是相对简单的。黑洞是将时空扭曲得很厉害的物体,甚至连光波都无法逃脱。把时空换成一些其他材料(如水),并使其流动得足够快,以至于通过的波太慢而无法逃脱,你就有了一个相当初级的模型。

模型里还包括一个 "白洞" 等价物--一种反黑洞,波只能逃逸,而不能进入。

在设计白洞的最新尝试中,研究人员提议使用一种具有自然界中没有的材料,这种材料经过设计,其内部的粒子可以比通过的光更快地移动。

日本广岛大学的物理学家Haruna Katayama说:"超材料元素使霍金辐射在视界之间来回穿梭。”

目的是将霍金辐射放大到足以被测量,为了实现这一目标,Katayama还使用了所谓的约瑟夫森效应--一种不需要任何电压就能产生连续电流的现象。

有了超材料和约瑟夫森效应,这一提议有望超越之前对黑洞激光器的理论化尝试,有望真正搞出一台黑洞激光器。

研究表明,这样的电路有可能产生所谓的孤子--一种局部的和自我强化的波形,能够保持其速度和形状,直到系统被外部因素打破。

"与以前提出的黑洞激光器不同,我们的版本有一个在单个孤子内形成的黑洞/白洞空腔,霍金辐射在孤子外发射,所以我们可以估算它。"

最终,该系统将允许对两个粒子--一个在事件视界内,一个在事件视界外--之间的量子关联进行数学测量,而不需要同时观察它们。

而这就是霍金辐射产生的原因,作为纠缠的粒子对。它的发现将使我们更接近一个统一的大一统理论,将量子力学和广义相对论联系起来。

要使这种黑洞激光器成为现实,仍然存在挑战,但如果科学家能够正确地配置它,它可能不仅使我们能够观察到霍金辐射--它也可能为我们提供控制它的工具,开辟出一大批新的可能性。

"在未来,我们希望开发这个系统,利用霍金辐射在不同时空间进行量子通信。

这项研究已经发表在《科学报告》上。

https://www.sciencealert.com/this-black-hole-laser-could-be-what-we-need-to-study-an-elusive-type-of-radiation


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