通过使用原子链模拟黑洞的事件视界,研究人员证明了霍金辐射如已故物理学家所描述的那样存在。
科学家们创造了一个实验室培育的黑洞模拟器,以测试斯蒂芬·霍金最著名的理论之一,其行为正如霍金所预测的那样这个实验是用单个原子链模拟黑洞的视界而创建的,进一步证明了霍金的理论,即黑洞应该从随机出现在其边界附近的虚粒子发出微弱的辐射更重要的是,研究人员发现,大多数光粒子或光子都是在宇宙怪兽的边缘周围产生的
根据量子场论,不存在绝对真空相反,空间充满了微小的振动如果充满足够的能量,这些振动将随机爆发成虚拟粒子——几乎立即相互湮灭的粒子,从而产生光1974年,斯蒂芬·霍金预言,在黑洞感受到的极端引力会以这种方式召唤光子根据爱因斯坦的广义相对论,引力会扭曲时空,所以量子场离黑洞奇点的大引力越近,扭曲越严重
霍金辐射
由于量子力学的不确定性,这种扭曲产生了移动速度不同的不均匀口袋,然后是整个场的能量尖峰正是这些能量的不匹配,使得虚粒子从黑洞边缘看似虚无的地方浮现出来,然后在自我湮灭中产生微弱的光,这就是霍金辐射
霍金的预言是在物理学中两个不可调和的理论的极端边界上做出的一个是爱因斯坦的广义相对论,描述了大物体的世界,一个是量子力学,描述了最小物体的奇异行为粒子
实验室培育的黑洞
对假设光的直接探测是我们目前不太可能实现的事情首先,去黑洞,到达黑洞后不被它巨大的引力吸进去,面临着相当大的挑战其次,黑洞周围的霍金光子数量非常少在大多数情况下,它会被其他发光效应掩盖,如高能X射线
在没有真正黑洞的情况下,物理学家开始在模拟黑洞极端条件的实验中寻找霍金辐射2021年,科学家利用一维排列的8000个过冷和激光束缚的铷原子,沿着链以波激发的形式制造出虚拟粒子
现在,另一个原子链实验也取得了类似的成果这一次,通过调整电子从一个原子跳到另一个原子的难度,创造了一个合成版的黑洞时空扭曲事件视界在调整链使其一部分落在模拟的事件视界上后,研究人员记录了链中的温度峰值——模拟黑洞周围产生的红外辐射的结果结果表明,霍金辐射可以表现为位于活动视界两侧的粒子之间的量子纠缠效应
有趣的是,这种效应只发生在跳跃的振幅从几组平坦的时空组态变为扭曲的时空组态时,这表明霍金辐射需要时空特定的能量组态条件在实验室中培育的黑洞为我们提供了一个诱人的先前未被探索的物理学的一瞥,期待科学家进一步探索黑洞的奥秘
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