大约 42 年前,著名理论物理学家提出并非所有与屈服于其深不可测的虚无。 微小的光粒子(光子)有时会被喷射出来,夺走黑洞的极少量的能量,随着时间的推移,质量的逐渐损失意味着每个黑洞最终都会消失。
称为霍金辐射,这些逃逸粒子帮助我们理解已知宇宙中最大的谜团之一,但四十多年后,没有人能够真正证明它们的存在,霍金的提议仍然牢牢地停留在假设领域。
但这一切可能即将改变,两个独立的研究小组报告说,他们已经找到了支持霍金主张的证据,并且可能会看到当今最伟大的物理学家之一最终赢得诺贝尔奖。
让我们回到 1974 年,这一切都是从那时开始的。 霍金与普林斯顿大学研究生发生争执,雅各布·贝肯斯坦他在博士论文中提出,黑洞的熵(系统的“无序性”,与其体积、能量、压力和温度有关)与其事件视界的面积成正比。
正如丹尼斯·奥弗拜所解释的那样纽约时报,这是一个问题,因为根据当时对物理定律的公认理解 - 包括霍金自己的工作 - 黑洞的熵和体积永远不会减少。
霍金调查了这些说法,很快就意识到他被证明是错误的。 “霍金进行了一项惊人的计算,包括量子理论,即支配亚原子世界的奇怪规则,他震惊地发现粒子从黑洞中逸出,这表明黑洞毕竟没有那么黑,”奥弗拜写道。
霍金提出,宇宙中充满了“虚拟粒子”,根据我们对量子力学工作原理的了解,这些粒子会眨眼间出现或消失,一旦接触就会相互湮灭——除非它们碰巧出现在宇宙中。黑洞事件视界的两侧。 基本上,一个粒子被黑洞吞噬,另一个粒子被黑洞吞噬。辐射到太空。
的存在已经回答了很多关于如何的问题实际上是有效的,但在这个过程中,提出了物理学家们提出的一系列问题仍在努力调解。
“在理论物理学中,没有什么结果比他发现黑洞的熵与其表面积成正比更具有基础性和影响力了。”李·斯莫林说加拿大周界理论物理研究所的理论物理学家。
虽然贝肯斯坦因其工作而于 2012 年获得沃尔夫奖,并于 2015 年获得美国物理学会爱因斯坦奖,哪个纽约时报说虽然这些发现往往是诺贝尔奖的前身,但这两位科学家都没有因这一发现而被授予最负盛名的科学奖。 贝肯斯坦去年去世了,但霍金现在比以往任何时候都更接近他的假设得到证实。
问题? 还记得我说过逃逸的光子每次逃逸时都会从黑洞中窃取无穷小的能量吗? 嗯,不幸的是,对于霍金来说,这种辐射非常微妙,几乎不可能从数千光年之外检测到它。
但以色列海法理工大学的物理学家杰夫·斯坦豪尔认为他已经找到了一个解决方案——如果我们无法在距离我们最好的仪器数千光年之外的实际黑洞中检测到霍金辐射,为什么不把黑洞带到我们最好的乐器?
正如奥利弗·穆迪报道的那样时代,斯坦豪尔成功地用声音创造了一个实验室大小的“黑洞”,当他启动它时,他目睹了粒子从黑洞边缘窃取能量。
在物理印前网站上发布的一篇论文中报告了他的实验,arXiv.org斯坦豪尔说,他将氦气冷却到略高于绝对零,然后将其快速搅拌,形成了声音无法通过的“屏障”。
“斯坦豪尔说,他发现了一些迹象,表明声子(构成声波的非常小的能量包)正在从他的声波黑洞中泄漏出来,正如霍金方程所预测的那样,”穆迪报道。
需要明确的是,该实验的结果尚未经过同行评审 - 这就是将所有内容公开给公众查看的目的在 arXiv.org 上。 它们现在正在被世界各地的物理学家仔细考虑,并且它们已经被证明是有争议的,但值得进一步研究。
英国诺丁汉大学的物理学家西尔克·温富特纳(Silke Weinfurtner)表示:“这些实验很精彩。”她正在开展自己的地球实验,试图探测霍金辐射。告诉电讯报。 “杰夫做得非常出色,但他提出的一些主张值得商榷。这值得讨论。”
与此同时,一篇论文发表在物理评论快报上个月找到了另一种方法来加强霍金辐射的证据。 渥太华大学的物理学家克里斯·阿达米和卡米尔·布拉德勒描述了一种新技术,使他们能够随着时间的推移追踪黑洞的生命。
这是令人兴奋的事情,因为这意味着穿过事件视界的任何信息或物质都不会“消失”,而是在黑洞蒸发的后期慢慢泄漏回来。
“为了进行这个计算,我们必须猜测黑洞如何与它周围的霍金辐射场相互作用,”阿达米在一份新闻稿中表示。 “这是因为目前还没有量子引力理论可以暗示这种相互作用。然而,我们似乎做出了一个有根据的猜测,因为我们的模型在固定不变的黑洞的限制下相当于霍金的理论。”
这两个结果现在都需要得到证实,但它们表明我们正在逐步找到一个解决方案来证实或反驳霍金辐射的存在,这对其同名来说是个好消息。
正如穆迪指出的彼得·希格斯 (Peter Higgs) 预言了宇宙的存在霍金等了49年才获得诺贝尔奖,我们只能拭目以待,看看霍金最终是否能获得自己的诺贝尔奖。