大約 42 年前,著名理論物理學家提出並非所有與屈服於其深不可測的虛無。 微小的光粒子(光子)有時會被噴射出來,奪走黑洞的極少量的能量,隨著時間的推移,質量的逐漸損失意味著每個黑洞最終都會消失。
稱為霍金輻射,這些逃逸粒子幫助我們理解已知宇宙中最大的謎團之一,但四十多年後,沒有人能夠真正證明它們的存在,霍金的提議仍然牢牢地停留在假設領域。
但這一切可能即將改變,兩個獨立的研究小組報告說,他們已經找到了支持霍金主張的證據,並且可能會看到當今最偉大的物理學家之一最終贏得諾貝爾獎。
讓我們回到 1974 年,這一切都是從那時開始的。 霍金與普林斯頓大學研究生發生爭執,雅各貝肯斯坦他在博士論文中提出,黑洞的熵(系統的“無序性”,與其體積、能量、壓力和溫度有關)與其事件視界的面積成正比。
正如丹尼斯·奧弗拜所解釋的那樣紐約時報,這是一個問題,因為根據當時對物理定律的公認理解 - 包括霍金自己的工作 - 黑洞的熵和體積永遠不會減少。
霍金調查了這些說法,很快就意識到他被證明是錯的。 「霍金進行了一項驚人的計算,包括量子理論,即支配亞原子世界的奇怪規則,他震驚地發現粒子從黑洞中逸出,這表明黑洞畢竟沒有那麼黑,”奧弗拜寫道。
霍金提出,宇宙中充滿了“虛粒子”,根據我們對量子力學工作原理的了解,這些粒子會眨眼間出現或消失,一旦接觸就會相互湮滅——除非它們碰巧出現在宇宙中。的兩側。 基本上,一個粒子被黑洞吞噬,另一個粒子被黑洞吞噬。輻射到太空。
的存在已經回答了很多關於如何的問題實際上是有效的,但在這個過程中,提出了物理學家提出的一系列問題仍在努力調解。
“在理論物理學中,沒有什麼結果比他發現黑洞的熵與其表面積成正比更具有基礎性和影響力了。”李·斯莫林說加拿大周界理論物理研究所的理論物理學家。
雖然貝肯斯坦因其工作而於 2012 年獲得沃爾夫獎,並於 2015 年獲得美國物理學會愛因斯坦獎,哪個紐約時報說雖然這些發現往往是諾貝爾獎的前身,但這兩位科學家都沒有因這項發現而獲得最負盛名的科學獎。 貝肯斯坦去年去世了,但霍金現在比以往任何時候都更接近他的假設得到證實。
問題? 還記得我說過逃逸的光子每次逃逸時都會從黑洞中竊取無窮小的能量嗎? 嗯,不幸的是,對於霍金來說,這種輻射非常微妙,幾乎不可能從數千光年之外檢測到它。
但以色列海法理工大學的物理學家傑夫·斯坦豪爾認為他已經找到了一個解決方案——如果我們無法在距離我們最好的儀器數千光年之外的實際黑洞中檢測到霍金輻射,為什麼不把黑洞帶到我們最好的樂器呢?
正如奧利佛·穆迪報導的那樣時代,史坦豪爾成功地用聲音創造了一個實驗室大小的“黑洞”,當他啟動它時,他目睹了粒子從黑洞邊緣竊取能量。
在實體印前網站上發布的一篇論文中報告了他的實驗,arXiv.org斯坦豪爾說,他將氦氣冷卻到略高於絕對零,然後將其快速攪拌,形成了聲音無法通過的「屏障」。
“斯坦豪爾說,他發現了一些跡象,表明聲子(構成聲波的非常小的能量包)正在從他的聲波黑洞中洩漏出來,正如霍金方程所預測的那樣,”穆迪報道。
需要明確的是,該實驗的結果尚未經過同行評審 - 這就是將所有內容公開給公眾查看的目的在 arXiv.org 上。 它們現在正在被世界各地的物理學家仔細考慮,並且它們已經被證明是有爭議的,但值得進一步研究。
英國諾丁漢大學的物理學家西爾克·溫富特納(Silke Weinfurtner)表示:「這些實驗很精彩。」她正在進行自己的地球實驗,試圖探測霍金輻射。告訴電訊報。 “傑夫做得非常出色,但他提出的一些主張值得商榷。這值得討論。”
同時,一篇論文發表在物理評論快報上個月找到了另一種方法來加強霍金輻射的證據。 渥太華大學的物理學家克里斯·阿達米和卡米爾·布拉德勒描述了一種新技術,使他們能夠隨著時間的推移追蹤黑洞的生命。
這是令人興奮的事情,因為這意味著穿過事件視界的任何資訊或物質都不會“消失”,而是在黑洞蒸發的後期慢慢洩漏回來。
“為了進行這個計算,我們必須猜測黑洞如何與它周圍的霍金輻射場相互作用,”阿達米在一份新聞稿中表示。 「這是因為目前還沒有量子重力理論可以暗示這種相互作用。然而,我們似乎做出了一個有根據的猜測,因為我們的模型在固定不變的黑洞的限制下相當於霍金的理論。”
這兩個結果現在都需要證實,但它們表明我們正在逐步找到一個解決方案來證實或反駁霍金輻射的存在,這對其同名來說是個好消息。
正如穆迪所指出的彼得希格斯 (Peter Higgs) 預言了宇宙的存在霍金等了49年才獲得諾貝爾獎,我們只能拭目以待,看看霍金最終是否能獲得自己的諾貝爾獎。