施泰因豪尔:模拟黑洞 估算出了黑洞的温度

  • 科技日报
  • 2019-06-05 14:50:00

斯蒂芬·霍金首先提出黑洞(图示)并非全黑,而是会发出微弱的粒子雾——霍金辐射。现在,科学家测量了一个在实验室中制造的声波黑洞的温度。

图片来源:《科学新闻》

据英国《科学新闻》周刊网站近日报道,以色列科学家在最新一期《自然》杂志撰文称,他们首次测量了实验室制造出来的声波黑洞(捕捉声音而非光线)的温度,结果与“霍金辐射”理论预测一致,有望证明该理论的正确性。

霍金辐射理论称,黑洞并非真的全黑,相反,一小撮粒子会从黑洞边缘流出,黑洞的温度取决于黑洞的大小。这种霍金辐射非常微弱,无法在真正的黑洞中被观察到。为了制造出声波黑洞,研究人员将超冷的铷原子冷却到玻色—爱因斯坦凝聚态,并使它们流动。类似于黑洞的引力会捕获光,流动的原子也会防止声波逃逸。

研究人员解释称,霍金辐射来自量子粒子对。通常,这些粒子会立即相互湮灭。但在黑洞边缘,如果一个粒子掉进去;另一个粒子就会逃逸,产生霍金辐射。在声波黑洞中出现了类似的情况:成对声子一个落入黑洞,而另一个逃逸。

他们对逃逸声子和落入黑洞声子进行测量,估算出黑洞的温度为0.35亿分之一开氏度。论文作者、以色列理工学院物理学家杰夫·施泰因豪尔说:“这一结果与霍金理论的预测非常一致。”

在霍金辐射理论提出之后,“黑洞信息悖论”也随之而来。量子力学认为,信息永远不会消失;但霍金辐射理论认为,逃离黑洞的粒子会慢慢摧毁黑洞的质量,经过很长一段时间后,黑洞会消失,其内的信息也会随之烟消云散。

研究人员称,新研究能否帮助科学家解决信息悖论还是个未知数,这一难题的最终解决可能需要一种将引力和量子力学结合起来的名为“量子引力理论”。但这一理论不适用于声波黑洞,因为它们不是由引力产生的。施泰因豪尔说:“我们必须在真正的黑洞而非模拟黑洞中解决信息悖论。”

总编辑圈点

人类目前很难直接观测黑洞,又没法造出黑洞,不过,施泰因豪尔想了个主意——模拟黑洞。他在实验室造了一个人工吸收声音的系统,让声音无法从介质中逃脱,这也就是所谓的声波黑洞。几年前他就发现,从声波黑洞中逃逸出来的声子,是相互关联的配对声子中的一个,也就是发现了霍金辐射的声学类似物。现在,他又估算出了黑洞的温度,和霍金的理论预测非常一致。类比研究很有意思,当然科学家还是期待在有更多积累之后,能在真正的黑洞附近测量这些物质。

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