史蒂芬·霍金又对了吗?

由:乔纳森·斯特里克兰

早在1974年,史蒂芬·霍金就首次提出了霍金辐射的概念。加里·格尔索夫/盖蒂/ NASA科学家/ M。维斯"width=
早在1974年,史蒂芬·霍金就首次提出了霍金辐射的概念。加里·格尔索夫/盖蒂/ NASA科学家/ M。维斯

一项实验室实验似乎证实了理论物理学家提出的关于黑洞的观点斯蒂芬·霍金.此外,黑洞会发出一种名为霍金辐射的能量,并随着时间的推移逐渐缩小,这一想法似乎违反直觉。这怎么可能是真的?我们都听说过,没有任何东西能逃脱黑洞的引力。没有光!

让我们回顾一下,看看黑洞不是什么。他们不是一无是处。要让量子理论成立,真正的虚无就不是一个东西。就像我阿姨喜欢说的"总有事情发生"不过我觉得她说的不是黑洞。

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那么什么是黑洞呢?它是大质量恒星死亡后剩下的东西。恒星有巨大的质量,这意味着它们也会产生强大的引力。当一颗恒星处于活动状态时,其核心的聚变反应与质量的引力平衡,恒星保持其形状。但随着时间的推移,核聚变反应的燃料开始变得稀缺,引力开始赢得这场拔河比赛。

结果,恒星变得更小,密度更大。它开始将更多的物质向内拉向地核。在此过程中,核心温度升高。最终,你得到了足够的爆炸能量——恒星消失了超新星.恒星以巨大的力量向外抛出能量和物质,但耗尽的核心仍然存在,质量巨大,密度大。

耗尽的核心扭曲了时空,沉入其中。这就像把一个沉重的保龄球放在蹦床上。球的重量使蹦床变形,使它向下倾斜。黑洞在时空中也做着同样的事情,只是它们是在二维以上的空间中做的。

黑洞开口周围是视界。一旦你越过这条线,你属于黑洞。这甚至适用于光本身。但如果这是真的,黑洞怎么会辐射能量呢?史蒂芬·霍金怎么可能是对的?

量子理论告诉我们,即使在黑洞中也会有波动的能量场。波动产生光子对。通常情况下,光子会相互破坏,就像男孩乐队的成员最终厌倦了巡演一样。

但有时一个光子会出现在视界的内边缘,而另一个则出现在外边缘。最里面的光子注定要被拉进黑洞。在外层边缘新分离的光子迅速飞向外太空。这是霍金辐射。你可以在这个视频中听尼尔·德格拉斯·泰森解释霍金辐射和消失的黑洞:

根据霍金的假设,由于具有负能量,落入黑洞的光子实际上使黑洞缩小了一点点。霍金还提出黑洞破坏信息这与宇宙中信息总量是恒定的这一观点背道而驰。

现在,我们终于要开始实验了。实验物理学家Jeff Steinhauer在实验室里模拟了一个黑洞,并观察到了似乎是霍金辐射的发射。他利用超冷原子创造了声学黑洞,这种原子产生了被称为声子的虚拟声音粒子。就像真正的黑洞会产生虚拟光子,有时会变成真实的光子一样,模拟黑洞也会产生声音包。

当模拟黑洞产生一对真正的声子时,其中一个会被超音速区域捕获并被捕获。这类似于一个光子被一个真正的黑洞吞噬,在这个过程中黑洞会变小。

实验室实验并不能证明霍金是对的。一些物理学家认为,将人造黑洞等同于天文黑洞是一个太大的飞跃。可能对其中一个适用的情况对另一个并不适用。而施泰因豪尔诱导的涨落可能只类似于在真空空间中发现的涨落,这意味着结果可能具有误导性。

科学家们需要复制施泰因豪尔的实验,以确保结果是有效的。即便如此,整个科学界可能还需要一段时间,才会认为这些结果支持了史蒂芬·霍金在20世纪70年代的预测。但有可能我们离更全面地了解这个神秘的黑洞又近了一步。

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