新的證據支援斯蒂芬·霍金的黑洞縮小理論
很長一段時間以來，人們一直認為黑洞的引力是完全的，沒有任何東西，甚至光，能夠逃脫視界的束縛。然後，1974年，一位名叫斯蒂芬·霍金（Stephen Hawking）的嶄露頭角的物理學家提出了一個大膽的建議：由於量子物理學的特殊性，黑洞實際上應該發射出少量的電磁輻射（稱為霍金輻射），並隨時間慢慢縮小。現在，一位名叫傑夫·斯坦豪爾的以色列物理學家聲稱已經證明瞭霍金的理論——在實驗室裡創造了一個聲學黑洞。
斯坦豪爾的黑洞，當然，只是真實事物的影子。它建立在一位名叫Bill Unruh的物理學家的建議之上，他在80年代提出，科學家可以用其他物質來重現黑洞的物理現象——例如，一個在瀑布邊游泳者不能快速移動以逃脫水的拉力，從廣義上講，他是在行動，類似於光粒子被吸入黑洞。
斯坦豪爾用聲波而不是光粒子重建了一個黑洞
而不是使用水或光作為媒介，雖然斯坦豪爾使用聲波。他的實驗包括將銣原子雲冷卻到略高於絕對零度（理論上可能的最低溫度），此時它們進入一種稱為玻色-愛因斯坦凝聚態的狀態。斯坦豪爾利用鐳射在雲中創造出一個像瀑布邊緣一樣的邊緣——原子在一邊緩慢移動，然後以比聲速更快的速度傾瀉到邊緣。
與霍金預測光粒子可能逃逸視界的方法一樣，斯坦豪爾觀察到聲子（代表單個聲音包的粒子）逃逸了銣瀑布的引力。這項實驗的全部結果發表在本週的《自然物理學》雜誌上。
<**all/> <**all> Professor Jeff Seinhauer and his black hole apparatus. (Image credit: Nitzan Zohar, Office of the Spokesperson, Technion)</**all>最關鍵的是，斯坦豪爾觀察到逃逸的粒子似乎與被拉過邊緣的粒子糾纏在一起，這意味著它們的物理特性是匹配的。這種所謂的量子糾纏是霍金輻射的關鍵屬性之一，因為人們認為輻射是在黑洞邊緣出現粒子和反粒子對時產生的（在量子力學中，這種情況經常發生）。視界像一把刀一樣將兩個粒子分開，導致一個粒子被吸入其中，而另一個粒子則作為霍金輻射逃逸。
研究結果有助於我們理解資訊悖論
斯坦豪爾的研究結果之所以重要，不僅因為它們支援霍金的理論，還因為它們可能有助於我們理解所謂的資訊悖論。這是物理學的一個普遍假設的基石（物理資訊不可能完全丟失）和我們目前關於黑洞的理論之間的明顯矛盾（如果它們像霍金所說的那樣慢慢縮小，那麼資訊就在這個過程中丟失）。因此，霍金輻射存在的證據越多，調和資訊悖論的壓力就越大。
正如斯坦豪爾對《商業內幕》所說：“人們之所以關心黑洞和霍金輻射，不是為了瞭解黑洞本身，而是為了測試新的物理定律[……]驗證霍金輻射是否真的發生，是朝著試圖弄清楚新的物理定律是什麼邁出了很好的一步。”
然而，物理學家並不完全確定斯坦豪爾的實驗是否證實了霍金輻射的存在。畢竟，對黑洞的模擬——無論多麼精確——仍然只是一個模擬。”理論和實驗物理學家西爾克·溫弗特納在接受《自然》雜誌採訪時說：“這項實驗，如果所有的說法都成立的話，那真是太神奇了，它並沒有證明天體物理黑洞周圍存在霍金輻射。”，告訴《新科學家》這項工作需要獨立的確認大的結果需要確鑿的證據無論如何，我認為這是一個非常漂亮的實驗，一個人們已經想了10年的實驗，但他是第一個這樣做的。”
史蒂芬·霍金的《星空》解釋道
- 發表於 2021-05-07 02:05
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