科学家们可能刚刚向实验证明的存在迈出了一步。 使用事件视界的光纤模拟 - 实验室创建的模型物理学——以色列雷霍沃特魏茨曼科学研究所的研究人员报告说,他们已经创造了受激霍金辐射。
在下面,黑洞是不可避免的。 一旦有物体越过事件视界进入黑洞中心,就不会再返回。 黑洞的引力如此强烈,甚至连宇宙中速度最快的物质——光也无法达到逃逸速度。
因此,在广义相对论下,黑洞不发射电磁辐射。 但是,作为一个年轻人1974 年提出的理论表明,当你将量子力学加入其中时,它确实会发出一些东西。
这种理论上的电磁辐射称为霍金辐射; 它类似于黑体辐射,由黑洞的温度产生,与其质量成反比(观看下面的视频以掌握这个简洁的概念)。
这种辐射意味着蒸发得极其缓慢且稳定,但根据数学计算,这种辐射太微弱,我们现有的仪器无法检测到。
因此,尝试使用黑洞类似物在实验室中重新创建它。 这些可以用产生波浪的东西建造,例如特殊水箱中的流体和声波, 从玻色-爱因斯坦凝聚,或来自光纤中包含的光。
“霍金辐射是一种比最初想象的更为普遍的现象,”物理学家 Ulf Leonhardt 向《物理世界》解释道。 “只要事件视界形成,它就可能发生,无论是天体物理学还是光学材料中的光、水波或超冷原子。”
显然,这些不会重现黑洞的引力效应(对我们来说这是一件好事),但所涉及的数学类似于广义相对论下描述黑洞的数学。
这次,团队选择的方法是光纤系统由莱昂哈特开发几年前。
光纤内部有微型图案,充当管道。 当进入光纤时,光的速度会稍微减慢。 为了创建事件视界模拟,两个不同颜色的超快激光脉冲沿着光纤发送。 第一个干扰第二个,导致事件视界效应,可以通过光纤折射率的变化观察到。
然后,该团队在该系统上使用了额外的光,这导致负频率的辐射增加。 换句话说,“负”光从“事件视界”吸收能量——这表明受激霍金辐射。
虽然这些发现无疑很酷,但此类研究的最终目标是观察自发霍金辐射。
受激发射顾名思义是需要外部电磁刺激的发射。 与此同时,从黑洞发出的霍金辐射将是自发的,而不是受激的。
受激霍金辐射实验还存在其他问题; 也就是说,它们很少是明确的,因为不可能在实验室中精确地重现事件视界周围的条件。
例如,在这个实验中,很难百分百确定发射不是由正常辐射放大产生的,尽管莱昂哈特和他的团队确信他们的实验确实产生了霍金辐射。
不管怎样,这都是一项令人着迷的成就,同时也给团队带来了另一个谜团——他们发现结果并不完全符合他们的预期。
“我们的数值计算预测霍金光比我们所看到的要强得多,”莱昂哈特告诉《物理世界》。
“我们计划下一步对此进行调查。但我们对意外持开放态度,并将继续对我们自己提出最严厉的批评。”
该研究已发表在期刊上物理评论快报。