以色列理工學院研究人員發(fā)現(xiàn)，他們創(chuàng)造的一個熱模擬黑洞與霍金輻射理論相符。在他們發(fā)表在《自然》上的研究論文中，該小組描述了他們構建模擬黑洞的過程，并利用其中的數(shù)據(jù)來測試其溫度。諾丁漢大學的Silke Weinfurtner在同一期期刊上發(fā)表了一篇關于該團隊研究的新聞和觀點。

斯蒂芬·霍金的一個理論認為，并非所有接近黑洞的物質都會墜落——他認為，在某些情況下，糾纏在一起的粒子對出現(xiàn)時，其中只有一個會墜落，而另一個會逃逸。

逃逸的粒子被命名為霍金輻射，霍金還預測，從黑洞中逸出的輻射將是熱的，其溫度將取決于黑洞大小。由于黑洞的性質——任何從黑洞中逸出的輻射都太微弱而無法觀測到，所以測試這一理論一直很困難。為了解決這個問題，研究人員一直致力于在實驗室中創(chuàng)造黑洞類似物。

有了這樣一個模擬物，一對聲子就可以代替真正黑洞中的糾纏粒子。實驗包括冷卻一組銣原子，并用激光產(chǎn)生玻色-愛因斯坦凝聚體。然后，原子被迫以一種類似于真實黑洞捕獲的方式流動。

在這種情況下，聲波在正常情況下是無法逃逸。在實驗中，研究人員能夠迫使一對聲子中的一個落入原子流，而另一個被允許逃逸。當他們這樣做的時候，研究人員測量了兩個聲子，能夠估計出溫度為0.035億分之一開爾文。

發(fā)現(xiàn)這與霍金的預測一致，同時研究人員還一致認為，來自這樣一個系統(tǒng)的輻射是熱的。當然，這項研究并沒有證明這個理論，要做到這一點，唯一的方法將是開發(fā)一種能夠實際測量真實黑洞輻射的技術——但它確實讓這個理論更加可信。

黑洞和霍金輻射熵應該與表面引力給出的溫度相同，在一個數(shù)量級的因子內(nèi)。此外，霍金輻射應該有一個熱光譜，這就產(chǎn)生了一個矛盾的信息。然而，這種熱性至少應該受到黑體因素的限制。有人提出，霍金輻射的物理學可以在模擬系統(tǒng)中得到驗證，這一想法已經(jīng)得到了仔細的研究和理論發(fā)展。

理論研究和對這一課題的長期研究使我們能夠在模擬黑洞中觀測到自發(fā)霍金輻射。觀測到的相關譜在最低和最高能量下均表現(xiàn)出熱性，但整體譜不具有熱形態(tài)，且無溫度歸屬。

通過對觀測的理論研究，預測了熱性和霍金溫度，在該研究中，構建了一個模擬黑洞，與之前的設置相比有了改進，例如降低了磁場噪聲，增強了機械和熱穩(wěn)定性，并重新設計了光學。發(fā)現(xiàn)霍金輻射的相關譜與熱譜吻合較好，其溫度由表面引力給出，證實了霍金理論的預測。觀測到的霍金輻射與真實黑洞相似，處于線性彌散狀態(tài)，而黑洞內(nèi)的輻射僅由負能量伴模組成，這與預測一致。

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參考期刊《自然》

DOI: 10.1038/s41586-019-1241-0

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