以色列科學家用實驗證實霍金是對的:黑洞終會消失

京港台:2019-6-11 08:43| 來源:鳳凰網科技 | 評論( 3 )  | 我來說幾句

以色列科學家用實驗證實霍金是對的:黑洞終會消失

來源:倍可親(backchina.com)

  

  以色列科學家在實驗室中證實了霍金輻射的存在

   北京時間6月11日消息,1974年,斯蒂芬·霍金(Stephen Hawking)做出了他最著名的預測之一:黑洞最終會完全消失。

  根據霍金的理論,黑洞並不完全是「黑」的,實際上會向外輻射粒子。霍金認為,這種輻射最終會從黑洞中吸走足夠多能量和質量,造成黑洞消失。雖然這一理論被廣泛認為是正確的,但曾經被認為幾乎無法得到證明。

  但是,物理學家第一次證實了這種難以捉摸的霍金輻射——至少在實驗室中證實了它的存在。由於霍金輻射過於微弱,我們目前的儀器無法在太空中探測到霍金輻射,但現在物理學家已經利用一個模擬黑洞觀察到了霍金輻射,他們利用聲波和宇宙中一些溫度最低、最奇怪的物質模擬了黑洞。

  粒子對

  黑洞的引力異常強大,即使是運動速度達到光速的光子也無法逃脫它的引力。雖然太空中的真空通常被認為是空的,但量子力學的不確定性,決定了真空充滿了虛擬粒子——物質粒子和反物質粒子對。反物質與對應的物質具有相同的質量,但帶有相反的電荷。

  通常情況下,一對虛擬粒子出現后,它們會立即相互湮滅。但是,在黑洞旁邊,異常強大的引力會將粒子對拆散,一個粒子被黑洞吸收,另一個粒子輻射到太空。被黑洞吸收的粒子帶有負能量,它們會減少黑洞的能量和質量。吸收足夠多的這些虛擬粒子,黑洞最終會消失。逃逸的粒子構成了霍金輻射。

  霍金輻射非常弱,我們目前無法在太空中探測到它,但物理學家已經提出非常有創意的方法,在實驗室中測量霍金輻射。

  瀑布事件視界

  物理學家傑夫·斯坦豪爾(Jeff Steinhauer)及其在以色列理工學院的同事,利用一種被稱為玻色-愛因斯坦冷凝物的溫度極低的氣體來模擬黑洞的事件視界。在這種氣體的氣體流中,他們設置了一處懸崖,形成了一個氣體「瀑布」。當氣體流過「瀑布」時,它將足夠的勢能轉化為動能,氣體流動的速度將超過聲速。

  研究人員在氣流中使用了成對的聲子或量子聲波,而非物質和反物質粒子。氣體流動緩慢一側的聲子,運動方向與氣流相反,會遠離瀑布,而快速流動一側的聲子無法遠離瀑布,會被超音速氣體「黑洞」捕捉。

  斯坦豪爾向Live Science表示:「這種現象與我們嘗試逆著流速超過我們游泳速度的水流游泳相似。我們感覺自己向前進了,但實際上是向後退了。這類似於黑洞中的光子試圖從黑洞逃逸,但被引力拉向了相反方向。」

  霍金預測,放射粒子的輻射將處於連續的波長和能量頻譜中。他還說,這一現象可以通過僅依賴於黑洞質量的溫度來描述。最近的實驗在聲波黑洞中證實了霍金的這兩個預測。

  巴黎第十一大學理論物理學家雷諾·帕倫塔尼(Renaud Parentani)向Live Science表示,「這些實驗太奇妙了。」帕倫塔尼從理論角度研究模擬黑洞,但沒有參與這項新研究,「這是一個非常精確的實驗。從實驗方面來看,斯坦豪爾目前是世界領先的利用冷原子研究黑洞物理現象的專家。」

  但帕倫塔尼強調,這項研究是「漫長過程中的一步」,特別是,這項研究沒有表明聲子對在量子水平上是相關的——這是霍金預測的另一個重要方面。

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