科学家们用实验证明霍金是对的:黑洞最终会消失。

  2019-06-11 阅读:1

正粒子-反粒子对

黑洞的引力如此之强,以至于即使光子以光速运动也无法逃脱其引力。虽然空间中的真空通常被认为是空的,但量子力学的不确定性决定了真空中充满了虚粒子——物质粒子和反物质粒子对。反物质粒子与对应粒子质量相同,但电荷相反。物质和反物质粒子对也称为正反粒子对或正负粒子对。

通常,当一对虚拟粒子出现时,它们会立即相互湮灭。但是在黑洞旁边,一种异常强烈的引力会破坏这对粒子,一个被黑洞吸收,另一个辐射到太空。被黑洞吸收的粒子携带负能量,从而减少了黑洞的能量和质量。通过吸收足够的这些虚拟粒子,黑洞最终会消失。逸出的粒子形成霍金辐射。

霍金辐射很弱,目前我们在太空中无法探测到它,但是物理学家们已经想出了非常有创意的方法来在实验室测量霍金辐射。

瀑布事件视界

以色列理工学院(Israel Institute of Technology)的物理学家杰夫·斯坦豪尔(Jeff Steinhauer)和他的同事们利用一种叫做玻色-爱因斯坦凝聚态(Bose-Einstein Condension)的极低温气体来模拟黑洞的视界。在这股气流中,他们竖起一座悬崖,形成了一个气体“瀑布”。当气体通过瀑布时,它将足够的势能转化为动能,气流的速度将超过声速。

研究人员在气流中使用成对的声子或量子声波,而不是物质和反物质粒子。气流缓慢一侧的声子将向气流相反的方向移动,并远离瀑布。快边的声子离瀑布不远,会被超音速气体“黑洞”捕获。

斯坦霍尔在接受《现场科学》采访时说:“这种现象类似于我们试图逆着超过游泳速度的水流游泳。”我们觉得我们在前进,但实际上我们在后退。这类似于黑洞中的光子试图从黑洞中逃逸,但被引力拉向相反的方向。

霍金预测放射性粒子的辐射将是一个连续的波长和能量谱。他补充说,这种现象可以用仅仅取决于黑洞质量的温度来描述。最近的实验证实了霍金在声学黑洞中的两个预测。

巴黎第11大学的理论物理学家RenaudParentani告诉《现场科学》,“这些实验太棒了。”Palentani从理论角度研究了模拟黑洞,但没有参与新的研究。这是一个非常精确的实验。从实验的角度来看,斯坦霍尔是目前世界上使用冷原子研究黑洞物理现象的领先专家。

但帕伦塔尼强调,这项研究是“一个漫长过程中的一步”,特别是,它没有显示声子对在量子层面上是相关的——这是霍金预测的另一个重要方面。(作者/霜叶)

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