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          霍金輻射介紹 實驗室形成的黑洞的行為是怎么回事?
          2023-03-28 10:35:53 來源:匯世網 編輯:

          霍金輻射介紹

          1974年,史蒂芬·霍金(Stephen Hawking)提出了理論,認為宇宙中最暗的引力龐然大物,即黑洞,不是天文學家想象的那種吞噬黑星的吞食者,而是它們自發地發光——這種現象現在被稱為霍金輻射。

          實驗室形成的黑洞的行為是怎么回事

          沒有天文學家觀察到霍金的神秘輻射,而且由于預測它非常暗,所以他們可能永遠不會觀察到。這就是為什么今天的科學家正在制造自己的黑洞的原因。

          以色列理工學院的研究人員就是這樣做的。他們用幾千個原子創造了一個黑洞類似物。他們試圖確認霍金的兩個最重要的預測,即霍金輻射是一無所有而產生的,并且其強度不會隨時間變化,這意味著它是靜止的。

          “黑洞應該煥發像一個黑色的機身,它本質上是一個溫暖的對象,發出持續的紅外輻射,”研究的共同作者杰夫·斯坦豪爾,物理學在技術Technion工業以色列理工學院副教授,在聲明中說。“霍金建議黑洞就像規則的恒星一樣,恒星一直不斷地發出某種類型的輻射。這就是我們想要在研究中證實的,并且我們做到了。”

          黑洞的引力是如此強大,以至于一旦光子或輕粒子越過其不可返回點(稱為事件視界),甚至沒有光無法逃脫其控制 。為了逃避這個邊界,粒子將不得不打破物理定律并且以比光速更快的速度傳播。

          霍金指出,盡管有任何穿過事件視界的東西都無法逃脫,但是由于量子力學和所謂的“虛擬粒子”,黑洞仍然可以自發地從邊界發射光。

          正如海森堡的不確定性原理所解釋的那樣,即使是空間的完全真空也充滿了成對出現和消失的“虛擬”粒子。這些具有相反能量的短暫粒子通常幾乎立即相互殲滅。但是由于事件視界的極端引力,霍金建議可以分離成對的光子,一個粒子被黑洞吸收,另一個粒子逃逸進入太空。被吸收的光子具有負能量,并從黑洞中減去質量形式的能量,而逃逸的光子變成霍金輻射。僅憑這一點,如果有足夠的時間(比宇宙的壽命更長的時間),黑洞可能會完全蒸發掉。

          斯坦因豪爾對《生命科學》說:“霍金的理論是革命性的,因為他將量子場論的物理學與廣義相對論結合在一起。”愛因斯坦的理論描述了物質如何使時空扭曲。“通過在物理示例中研究這兩種理論的結合,仍在幫助人們尋找新的物理定律。人們想驗證這種量子輻射,但是對于真正的黑洞卻很難,因為霍金輻射相比之下是如此微弱,空間的背景輻射。”

          這個問題激發了Steinhauer和他的同事們創造了自己的黑洞一個比實際交易更安全,更小的黑洞。

          研究人員的實驗室培養的黑洞制成約8000的流動氣體的銣原子冷卻到由激光束幾乎絕對零度和保持在適當位置。他們創造了一種神秘的物質態,稱為玻色——愛因斯坦凝聚物(BEC),它使成千上萬的原子像一個原子一樣一致地相互作用。

          使用第二激光束,所述團隊創建的懸崖勢能,這引起了氣體流等水沖下來瀑布,從而產生視界其中氣體的一半比流動更快聲速,其他慢一半 在該實驗中,研究小組正在尋找聲子對,即量子聲波,而不是氣體中自發形成的光子對。

          Steinhauer解釋說,速度較慢的一半上的聲子可以逆著氣流從懸崖上傳播,而速度較快的一半上的聲子則被超音速流動氣體的速度所困。“這就像試圖逆流而上,要比游泳快得多。[就像]陷入黑洞一樣,一旦進入內部,就不可能到達地平線。”

          一旦找到這些聲子對,研究人員就必須確認它們是否相關,以及霍金輻射是否隨時間保持恒定(如果靜止)。這個過程很棘手,因為每次他們拍攝黑洞照片時,都會被過程中產生的熱量破壞。因此,該團隊重復進行了97,000次實驗,進行了超過124天的連續測量,以找到相關性。最后,他們的耐心得到了回報。

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