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    热波动与盎鲁效应预测一致!为探索弯曲时空开辟了新可能性

    芝加哥大学研究人员做了一个物质场的实验观察,该物质场的热波动与盎鲁辐射预测一致,其研究发现发表在《自然物理》上,为探索弯曲时空中量子系统的动力学开辟了新可能性。开展这项研究的研究人员之一Cheng Chin:我们在芝加哥大学的团队一直在研究一种叫做玻色烟火的新量子现象,这是我们两年前发现的,与一种叫做盎鲁辐射的引力现象之间隐藏的联系。

    热波动与盎鲁效应预测一致!为探索弯曲时空开辟了新可能性

    盎鲁效应,或曰盎鲁辐射,与霍金辐射密切相关。1974年理论物理学家斯蒂芬·霍金(Stephen Hawking)预测,黑洞附近强大引力会导致粒子的热辐射,类似于烤箱发出的热浪。这一现象仍然是推测性的,没有直接的实验证实。几年后,也就是1976年物理学家威廉·安鲁(William盎鲁)假设,当一个人以高加速度运动时,她可以观察到同样的辐射。霍金和盎鲁辐射之间的等价性是基于爱因斯坦的等价原理,这一原理现已被许多实验证实。

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    除了盎鲁的预测,还没有人观察到盎鲁辐射,这并不奇怪,因为这种现象特别难以捕捉。事实上,一个人需要承受250亿的重力(25*10^18)才能看到1k的微弱辐射。这是一个惊人的数字,考虑到,例如一个战斗机飞行员所经历的重力不超过10G。在实验室里,通过精确地调节玻色-爱因斯坦凝聚体与磁场的关系来模拟昂鲁物理学。即使我们的样本没有移动,调制效果也与将样本提升到加速参考系相同。

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    • (博科园-图示)(a)说明盎鲁辐射预计将如何在加速框架中出现,(b)显示模拟盎鲁辐射的实验图像。图片:Hu et a

    观察到2微开尔文的辐射,测量结果非常符合盎鲁的预测,并证实了辐射场的量子性质。在实验中,Chin和同事们准备了6万个铯原子,并将它们冷却到10纳米开尔文左右,然后开始对磁场进行调制。在调制后几毫秒,观察到原子在各个方向的热发射。为了确定原子的热分布,研究人员收集了大量的样品,结果表明原子数的波动与热玻尔兹曼分布密切相关,从这些图像中提取的温度非常符合盎鲁的预测。

    热波动与盎鲁效应预测一致!为探索弯曲时空开辟了新可能性

    除了热分布,还观察了物质波发射的时空相干性。相干性是量子力学的重要特征,揭示了盎鲁辐射起源于量子力学。这与传统的热辐射源形成了鲜明的对比,比如烤箱或阳光,它们来自热平衡。从本质上说,Chin和同事使用非惯性框架下的量子物理模拟框架观察了物质波场。观察到这种物质波的波动,以及长程相位相干性和它的时间相干性与盎鲁预测一致。

    热波动与盎鲁效应预测一致!为探索弯曲时空开辟了新可能性

    该研究由芝加哥大学的研究小组进行,由国家科学基金会、陆军研究办公室和芝加哥MRSEC资助。在未来,观测结果可能对研究弯曲时空中的量子现象具有重要意义。该方法适用于非惯性参考系中的一般量子态,在我们未来的研究中,科学家希望在弯曲时中发现新的量子现象。关于爱因斯坦的广义相对论是否与量子力学相容,已经有很多讨论。有各种建议、猜测,甚至是悖论,开展实验,帮助更好地理解量子力学在弯曲时空中是如何的。

    热波动与盎鲁效应预测一致!为探索弯曲时空开辟了新可能性

    博科园|Copyright Science X Network/Ingrid Fadelli,Phys

    参考期刊《自然物理学》

    DOI: 10.1038/s41567-019-0537-1

    博科园|科学、科技、科研、科普

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