首次在实验室里间接验证了霍金辐射的真实性

网络图

实验室创造的模拟黑洞提供了新的证据，证明这些神秘的天体确实在向外辐射电磁波。证据是间接的:物理学家已经证明黑洞模拟器有温度，这是霍金辐射的一个必要前提，霍金辐射是一个著名的现象。

在广义相对论的框架下，黑洞是不可避免的。它的引力如此之大，以至于即使是光，宇宙中最快的东西，也无法逃脱。因此，在广义相对论下，黑洞里不应该有电磁辐射。

然而，霍金在1974年提出了一个理论。当我们考虑量子力学时，黑洞确实发射出一些东西:存在于理论中的电磁辐射，后来被命名为霍金辐射。

霍金辐射类似于黑洞温度产生的黑体热辐射，其强度与黑洞质量成反比。然而，在真实的宇宙中发现这种现象是非常不现实的。毕竟，理论上甚至黑洞本身也只是一个天体。

测量黑洞的温度也不容易。质量相当于太阳的黑洞的表面温度只有60纳开尔文(1纳开尔文等于10亿分之一开尔文)。它吸收的宇宙微波背景辐射比它发出的霍金辐射高得多。黑洞越大，表面温度越低。

今年早些时候，科学家使用光纤来模拟黑洞。这一次，一组超冷的铷原子被用来将星系团冷却到仅比绝对零度高几十亿分之一开尔文。它们也被称为玻色-爱因斯坦凝聚。

当这种冷凝物开始流动时，它会产生一种叫做声学黑洞的东西:捕捉声音(声子)而不是光(光子)。在能量水平较高的末端，冷凝液流动缓慢。相反，它流动得更快。两者之间有一个健全的“事件视界”。

正如以色列技术研究所的物理学家杰夫·施泰因豪尔和他的同事在2016年所展示的，当一对纠缠声子出现在声音事件视界时，一个声子将被低速凝聚推开——这是霍金辐射的声学版本。

与此同时，高速凝聚体比另一个声子移动得更快，所以它被模拟的黑洞吞没了——或者说斯坦豪尔的团队是这样认为的。然而，在前面提到的光纤实验中，项目负责人乌尔夫·莱恩哈特发现这个结果不能被排除在统计异常之外，所以该小组返回来改进实验。

他们的新结果再次表明，一个声子将被吸进声音黑洞，而另一个可以逃脱。这一次，不确定性的空间要小得多——莱恩哈特看起来非常兴奋。

“为杰夫干杯。他们已经迈出了重要的一步。这是他应该感到自豪的工作，我们应该庆祝优秀的论文。”

但是实验也产生了另一个结果。

“新星和他的同事们的工作最显著的特点是新奇，这是一个聪明的测量方案。”在对该报告的评论中，诺丁汉大学数学家西尔克·魏因福特纳写道，“他们在黑洞量子模拟实验中的发现提供了霍金温度的第一个证据。”

因此，支持霍金的证据越来越多，检测模拟黑洞温度的最新技术可以帮助我们更深入地理解黑洞的热力学性质。

这项研究发表在《自然》杂志上。

这篇文章是从科学警报翻译过来的，由基于知识共享的翻译者majer发表。