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摘要:1974年,斯蒂芬·霍金做出了他最著名的预言之一:黑洞最终完全蒸发。根据霍金的理论,黑洞不是完美的“黑色”,而是实际发射粒子。被吸收的粒子具有负能量,从而降低了黑洞的能量和质量。吞下足够多的这些虚拟粒子,黑洞最终蒸发。逃逸的粒子被称为霍金辐射。特别是,这项研究没有显示声子对在量子水平上是相互关联的,这是霍金预测的另一个重要方面。
1974年,斯蒂芬·霍金做出了他最著名的预言之一:黑洞最终完全蒸发。
根据霍金的理论,黑洞不是完美的“黑色”,而是实际发射粒子。霍金相信,这种辐射最终会从黑洞中吸收足够的能量和质量,使黑洞消失。人们普遍认为这一理论是正确的,但一度认为几乎不可能证明。
是第一次,然而,物理学家已经证明了这种难以捉摸的霍金辐射——至少在实验室里是这样。虽然霍金辐射太弱,我们目前的仪器无法在太空中探测到,但物理学家现在已经看到这种辐射是黑色的用声波和宇宙中最冷、最奇怪的物质产生的洞模拟。[关于黑洞的9个想法会让你大吃一惊]
对粒子黑洞施加了如此强大的引力,以至于即使是以光速传播的光子也无法逃脱。虽然空间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在物质反物质对中存在和脱离的虚拟粒子。(反物质粒子的质量与其物质粒子的质量相同,但电荷相反。)
通常,当一对虚拟粒子出现后,它们立即相互湮灭。然而,在黑洞旁边,极端的重力反而将粒子拉开,一个粒子被黑洞吸收,另一个则射向太空。被吸收的粒子具有负能量,从而降低了黑洞的能量和质量。吞下足够多的这些虚拟粒子,黑洞最终蒸发。逃逸的粒子被称为霍金辐射。
这种辐射很弱,我们现在不可能在太空中观测到它,但是物理学家们想出了非常有创意的 ... 在实验室里测量它。
瀑布事件视界物理学家杰夫·斯坦豪尔和他在海法的以色列理工学院的同事们用一种叫做玻色-爱因斯坦凝聚体的极冷气体来模拟黑洞的事件视界,什么都逃不掉的无形边界。在一股流动的气体流中,他们放置了一个悬崖,形成了一个气体“瀑布”;当气体流过瀑布时,它将足够的势能转化为动能,使其流动速度快于声速。
代替了物质和反物质粒子,研究人员使用了成对的声子或量子声波,在气流中。斯坦豪尔在接受《生活科学》杂志采访时说,慢边的声子可以逆流而上,远离瀑布,而快边的声子则不能,被超音速气体的“黑洞”困住。
“就好像你试图逆流游泳,而水流的速度比你能游的要快。”你会觉得自己在前进,但你真的在后退。这就好比黑洞中的一个光子试图从黑洞中出来,却被引力拉错了方向。
霍金预言,发射粒子的辐射将处于波长和能量的连续光谱中。他还说,它可以用一个仅依赖于黑洞质量的单一温度来描述。巴黎苏德大学物理实验室的理论物理学家雷诺·帕伦塔尼在接受《现场科学》杂志采访时说,最近的实验证实了这两个在声波黑洞中的预测。Parentani也研究模拟黑洞,但从理论角度来看;他没有参与新的研究。”这是一个非常精确的实验。从实验的角度来看,杰夫[斯坦豪尔]是目前使用冷原子探测黑洞物理的世界领先专家这项研究是“一个漫长的过程中的一步”。特别是,这项研究没有显示声子对在量子水平上是相互关联的,这是霍金预测的另一个重要方面。
“这个故事将继续,”Parentani说
宇宙中12个最奇怪的物体史蒂芬霍金关于黑洞最遥远的想法物理学中最大的未解之谜最初发表在《生命科学》杂志上
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