以色列科學家在實驗室中證實了霍金輻射的存在

鳳凰網科技訊 北京時間6月11日消息，1974年，斯蒂芬·霍金（Stephen Hawking）做出了他最著名的預測之一：黑洞最終會完全消失。

根據霍金的理論，黑洞并不完全是“黑”的，實際上會向外輻射粒子。霍金認為，這種輻射最終會從黑洞中吸走足夠多能量和質量，造成黑洞消失。雖然這一理論被廣泛認為是正確的，但曾經被認為幾乎無法得到證明。

但是，物理學家第一次證實了這種難以捉摸的霍金輻射——至少在實驗室中證實了它的存在。由于霍金輻射過于微弱，我們目前的儀器無法在太空中探測到霍金輻射，但現在物理學家已經利用一個模擬黑洞觀察到了霍金輻射，他們利用聲波和宇宙中一些溫度最低、最奇怪的物質模擬了黑洞。

粒子對

黑洞的引力異常強大，即使是運動速度達到光速的光子也無法逃脫它的引力。雖然太空中的真空通常被認為是空的，但量子力學的不確定性，決定了真空充滿了虛擬粒子——物質粒子和反物質粒子對。反物質與對應的物質具有相同的質量，但帶有相反的電荷。

通常情況下，一對虛擬粒子出現后，它們會立即相互湮滅。但是，在黑洞旁邊，異常強大的引力會將粒子對拆散，一個粒子被黑洞吸收，另一個粒子輻射到太空。被黑洞吸收的粒子帶有負能量，它們會減少黑洞的能量和質量。吸收足夠多的這些虛擬粒子，黑洞最終會消失。逃逸的粒子構成了霍金輻射。

霍金輻射非常弱，我們目前無法在太空中探測到它，但物理學家已經提出非常有創意的方法，在實驗室中測量霍金輻射。

瀑布事件視界

物理學家杰夫·斯坦豪爾（Jeff Steinhauer）及其在以色列理工學院的同事，利用一種被稱為玻色-愛因斯坦冷凝物的溫度極低的氣體來模擬黑洞的事件視界。在這種氣體的氣體流中，他們設置了一處懸崖，形成了一個氣體“瀑布”。當氣體流過“瀑布”時，它將足夠的勢能轉化為動能，氣體流動的速度將超過聲速。

研究人員在氣流中使用了成對的聲子或量子聲波，而非物質和反物質粒子。氣體流動緩慢一側的聲子，運動方向與氣流相反，會遠離瀑布，而快速流動一側的聲子無法遠離瀑布，會被超音速氣體“黑洞”捕捉。

斯坦豪爾向Live Science表示：“這種現象與我們嘗試逆著流速超過我們游泳速度的水流游泳相似。我們感覺自己向前進了，但實際上是向后退了。這類似于黑洞中的光子試圖從黑洞逃逸，但被引力拉向了相反方向。”

霍金預測，放射粒子的輻射將處于連續的波長和能量頻譜中。他還說，這一現象可以通過僅依賴于黑洞質量的溫度來描述。最近的實驗在聲波黑洞中證實了霍金的這兩個預測。

巴黎第十一大學理論物理學家雷諾·帕倫塔尼（Renaud Parentani）向Live Science表示，“這些實驗太奇妙了。”帕倫塔尼從理論角度研究模擬黑洞，但沒有參與這項新研究，“這是一個非常精確的實驗。從實驗方面來看，斯坦豪爾目前是世界領先的利用冷原子研究黑洞物理現象的專家。”

但帕倫塔尼強調，這項研究是“漫長過程中的一步”，特別是，這項研究沒有表明聲子對在量子水平上是相關的——這是霍金預測的另一個重要方面。