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    致敬霍金!热模拟黑洞与霍金辐射理论相一致!

    以色列理工学院研究人员发现,他们创造的一个热模拟黑洞与霍金辐射理论相符。在他们发表在《自然》上的研究论文中,该小组描述了他们构建模拟黑洞的过程,并利用其中的数据来测试其温度。诺丁汉大学的Silke Weinfurtner在同一期期刊上发表了一篇关于该团队研究的新闻和观点。

    斯蒂芬·霍金的一个理论认为,并非所有接近黑洞的物质都会坠落——他认为,在某些情况下,纠缠在一起的粒子对出现时,其中只有一个会坠落,而另一个会逃逸。

    致敬霍金!热模拟黑洞与霍金辐射理论相一致!

    逃逸的粒子被命名为霍金辐射,霍金还预测,从黑洞中逸出的辐射将是热的,其温度将取决于黑洞大小。由于黑洞的性质——任何从黑洞中逸出的辐射都太微弱而无法观测到,所以测试这一理论一直很困难。为了解决这个问题,研究人员一直致力于在实验室中创造黑洞类似物。

    (此处已添加圈子卡片,请到今日头条客户端查看)

    有了这样一个模拟物,一对声子就可以代替真正黑洞中的纠缠粒子。实验包括冷却一组铷原子,并用激光产生玻色-爱因斯坦凝聚体。然后,原子被迫以一种类似于真实黑洞捕获的方式流动。

    致敬霍金!热模拟黑洞与霍金辐射理论相一致!

    在这种情况下,声波在正常情况下是无法逃逸。在实验中,研究人员能够迫使一对声子中的一个落入原子流,而另一个被允许逃逸。当他们这样做的时候,研究人员测量了两个声子,能够估计出温度为0.035亿分之一开尔文。

    发现这与霍金的预测一致,同时研究人员还一致认为,来自这样一个系统的辐射是热的。当然,这项研究并没有证明这个理论,要做到这一点,唯一的方法将是开发一种能够实际测量真实黑洞辐射的技术——但它确实让这个理论更加可信。

    致敬霍金!热模拟黑洞与霍金辐射理论相一致!

    黑洞和霍金辐射熵应该与表面引力给出的温度相同,在一个数量级的因子内。此外,霍金辐射应该有一个热光谱,这就产生了一个矛盾的信息。然而,这种热性至少应该受到黑体因素的限制。有人提出,霍金辐射的物理学可以在模拟系统中得到验证,这一想法已经得到了仔细的研究和理论发展。

    理论研究和对这一课题的长期研究使我们能够在模拟黑洞中观测到自发霍金辐射。观测到的相关谱在最低和最高能量下均表现出热性,但整体谱不具有热形态,且无温度归属。

    致敬霍金!热模拟黑洞与霍金辐射理论相一致!

    通过对观测的理论研究,预测了热性和霍金温度,在该研究中,构建了一个模拟黑洞,与之前的设置相比有了改进,例如降低了磁场噪声,增强了机械和热稳定性,并重新设计了光学。发现霍金辐射的相关谱与热谱吻合较好,其温度由表面引力给出,证实了霍金理论的预测。观测到的霍金辐射与真实黑洞相似,处于线性弥散状态,而黑洞内的辐射仅由负能量伴模组成,这与预测一致。

    致敬霍金!热模拟黑洞与霍金辐射理论相一致!

    博科园|Copyright Science Advances/Bob Yirka,Phys

    参考期刊《自然》

    DOI: 10.1038/s41586-019-1241-0

    博科园|科学、科技、科研、科普

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