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实验证实黑洞不是真正的洞而且也不完全是黑的?

 

黑洞有一个比光速还大的逃离速度(escape velocity),由于没有东西能够比它还快,因此没有东西能够逃离黑洞。这是黑洞最简单的力学解释。可是一旦你加入热动力学和量子力学到这个混合物,事情就变得更混乱了。

有鉴于此,物理学家史蒂芬霍金(Stephen Hawking)在1974年提出黑洞实际上不是黑的假设,反而,它们放射出辐射、损失能量、而且会随着时间萎缩。然而,由于辐射量太小,以至于无法在天文物理学上的黑洞被观察到。因此,我们要如何来测试这个想法呢?

来自以色列理工学院(Israel Institute of Technology)的Jeff Steinhauer教授,不只是发现到一个方法来测试,也在发表于自然物理学(Nautre Physics)期刊的一篇新论文中,揭露有史以来最强烈的证据。这个黑洞辐射,现在知道是霍金辐射(Hawking radiation),是非常真实的。

Steinhauer建构出一个听觉黑洞(acoustic black hole),一个捕捉器有远大于声音”粒子”(声子)能量的特定频率,只能够以音速移动。

Steinhauer教授说:「如果在黑洞里有一粒声子(phonon),它无法对抗流动,因为流动的速度比音速还快。就像一个人尝试在水流中逆泳,如果水流速度快于游泳的人,游泳的人会往后而不是向前。」

这好像是被过分简单化,但它却是真实事物非常正确的模型。而且更重要的是,这个听觉黑洞被观察到放射出找寻已久的霍金辐射。

霍金的想法是必要的,因为相对论和量子力学无法好好地在一起运作,而黑洞需要这两种理论。因此,借由模拟我们有的一些方程式,针对它们的特性,有一项持续且大规模的调查。

Steinhauer补充:「黑洞研究的特点在于学习相关的新物理定律,而不是黑洞本身。」

霍金辐射的观念来自于这些模拟之一。每一小段的时空有能量,而且有时候那个能量在交互作用与转回能量之前,能够突然地转变成一对粒子与反粒子。如果这一对粒子与反粒子的产生是发生在黑洞的事件视界(event horizon),一颗粒子会被黑洞的重力捕捉并且掉入,而另一颗粒子则逃脱。

借由一种被称为纠缠(entanglement)的特性,被逃脱的粒子会被连结到掉进黑洞里的同伴。来自于Steinhauer黑洞的霍金辐射,提供了最强烈的实验证据,霍金辐射是非常真实的。

来源:IFLScience

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