@ 2023.04.14 , 13:28

物理学家在实验室模拟了黑洞,现在它开始发光

黑洞是宇宙中最奇特、最极端的物体之一。它们的密度非常高,以至于在距离黑洞质心一定距离内,没有任何速度能够逃离它们的引力,甚至连光速也不行。这个距离被称为事件视界。一旦一个物体越过了事件视界,我们就无法知道它会发生什么,因为没有任何信息能够返回告诉我们它的命运。

但是在1974年,斯蒂芬·霍金提出了一个理论,认为事件视界对量子涨落的干扰会产生一种类似于热辐射的辐射,这种辐射被称为霍金辐射。如果霍金辐射真的存在,它的强度非常微弱,我们还无法探测到它。也许我们永远无法从宇宙的噪音中分辨出它。但是我们可以通过在实验室中创建黑洞类比来探索它的性质。

这种研究已经在进行中了,而去年发表的一项研究中,由荷兰阿姆斯特丹大学的洛特·默滕斯领导的一个物理学家团队做了一些新的尝试。他们使用一维的原子链作为电子从一个位置跳跃到另一个位置的路径。通过调节跳跃的难易程度,物理学家们可以使某些性质消失,从而有效地创建了一种干扰电子波动性质的事件视界。

这种假想的事件视界产生了一个温度上升的效果,该效果与等效的黑洞系统的理论预期相匹配,但只有当原子链的一部分超出了事件视界时才会出现。这可能意味着横跨事件视界的粒子的纠缠在产生霍金辐射方面起着重要作用。

模拟的霍金辐射只有在一定范围内的跳跃幅度下才是热的,并且只有在模拟开始时模仿一种被认为是“平坦”的时空时才是如此。

这项研究可能有助于解决两个目前不可调和的框架之间的紧张关系:广义相对论和量子力学。广义相对论描述了重力作为一个连续场(称为时空)的行为;量子力学描述了使用概率数学来描述离散粒子行为。为了得到一个可以普遍应用的量子引力统一理论,这两个不相容的理论需要找到一种方式来相互协调。

这就是黑洞发挥作用的地方——它们是时空断裂和量子涨落相互作用的场所。通过模拟黑洞,在实验室中观察霍金辐射,我们可能能够更好地理解这两种理论之间如何建立联系。

https://www.sciencealert.com/physicists-simulated-a-black-hole-in-the-lab-and-then-it-started-to-glow

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