
1974年,史蒂芬·霍克(Stephen Hawking)理论上认为宇宙最黑暗的引力庞然大物,黑洞,不是漆黑的星星吞咽天文学家,但它们自发地发出了光,这是一种现象,现在被称为霍金辐射。
问题是,没有天文学家曾经观察到霍金的神秘辐射,并且由于预计它非常昏暗,所以他们可能永远不会。这就是为什么今天的科学家正在创建自己的黑洞。
技术 - 以色列理工学院的研究人员就是这样做的。他们创造了一个黑洞的类似物原子。他们试图确认霍金最重要的两个预测,即霍金辐射源于一无所有,并且随着时间的流逝,强度不会改变,这意味着它是静止的。
“一个黑洞应该像黑体一样辐射,这本质上是一个温暖的物体,它会排出常数红外辐射,”研究合着者杰夫·斯坦豪尔(Jeff Steinhauer),技术 - 以色列理工学院物理学副教授,告诉Phys.org。 “霍金表明,黑洞就像普通的恒星一样,一直辐射到某种类型的辐射。
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事件视野
这重力黑洞的功能是如此强大,以至于一旦光子或光粒子越过其返回点,也无法逃脱其掌握事件视野。为了逃脱这个边界,粒子将不得不打破物理定律和旅行的速度比光速更快。
霍金表明,尽管跨越量子力学和所谓的“虚拟颗粒”,虽然没有任何跨越事件范围的东西可以逃脱,但黑洞仍然可以自发地发出光线。
正如海森堡的不确定性原则,即使是完整的空间真空吸尘器都充满了成对的“虚拟”粒子,它们弹出和不存在。这些具有相反能量的短暂颗粒通常几乎立即互相歼灭。但是,由于在事件范围内极端的引力,建议的光子成对可以分离,一个粒子被黑洞吸收,另一个颗粒被逃到太空中。吸收的光子具有负能量,并以黑洞的质量形式减去能量,而逃逸的光子变成鹰辐射。仅凭这一点,如果有足够的时间(比宇宙年龄更长),黑洞可能会完全蒸发。
“霍金的理论是革命性的,因为他将量子场理论的物理学结合在一起相对论,”爱因斯坦的理论描述了物质如何扭曲时空,Steinhauer告诉Live Science。 “这仍然在帮助人们通过在物理示例中研究这两种理论的组合来寻找新的物理定律。人们想验证这种量子辐射,但是对于真实的黑洞,由于鹰辐射与空间的背景辐射相比,鹰孔辐射非常薄弱,这是非常困难的。”
这个问题启发了斯坦豪尔和他的同事创建自己的黑洞 - 比真正的交易更安全,更小。
DIY黑洞
研究人员实验室成长的黑洞是由大约8,000的流动气体制成的铷原子冷却至几乎绝对零,并通过激光束固定在适当的位置。他们创造了一种神秘的物质状态,被称为Bose-Einstein冷凝物(bec),这允许成千上万的原子一致地行动,就好像它们是一个原子。
使用第二激光束,团队创建了一个悬崖势能,这导致气体像水一样流下瀑布,从而创造了一个事件视野,其中一半的气体流动速度比声音速度,另一半慢。在此实验中,团队正在寻找一对声子或量子声音波,而不是对气体自发形成的光子。
Steinhauer解释说,较慢的一半的声子可以靠在气体的流动,远离悬崖上,而较快的一半的声子由于超音速流动气的速度而被困。 “这就像试图靠近比游泳更快的电流一样。[就像在黑洞里一样,一旦进入内部,就不可能到达地平线。”
一旦发现这些声子对,研究人员就必须确认它们是否相关,并且随着时间的流逝,鹰辐射是否保持恒定(如果是固定的话)。这个过程很棘手,因为每次他们拍摄黑洞的照片时,它都会被过程中产生的热量摧毁。因此,团队重复了97,000次实验,需要超过124天的连续测量,以找到相关性。最后,他们的耐心得到了回报。
Steinhauer说:“我们证明了鹰辐射是静止的,这意味着它并没有随着时间而变化,这正是霍金所预言的。”
研究人员在日记中详细介绍了他们的发现自然物理学。
最初发表在现场科学上。
编者注:本文更新为标题中包括“模拟”,以确保读者知道实验是用黑洞的类似物完成的,而不是实际的黑洞。该文章还更新了,以指出第一个报价已报告给Phys.org,而是在新闻报表中。