通過(guò)實(shí)驗(yàn)室手段模擬霍金輻射，早已不是開創(chuàng)性的新鮮課題，最近的聲波實(shí)驗(yàn)?zāi)M了從黑洞逃逸的輕子，科學(xué)家比歷史上任何時(shí)期都更加接近對(duì)黑洞輻射模擬的真實(shí)過(guò)程，最近的實(shí)驗(yàn)?zāi)Ｐ湍７铝藦暮诙催吘壈l(fā)出的“霍金輻射”， 黑洞輻射或霍金輻射產(chǎn)生于量子力學(xué)效應(yīng)，霍金預(yù)測(cè)了黑洞不全黑的性質(zhì)，有些從黑洞逃逸的粒子帶走了微量輻射，黑洞輻射最新的研究成果發(fā)表在《自然》雜志的物理學(xué)欄目。實(shí)驗(yàn)科學(xué)家用超冷的流體物捕獲了在其中移動(dòng)的聲波，好似超大引力的黑洞捕獲了跌入黑洞視界的粒子。

通過(guò)開發(fā)超級(jí)的模擬裝置，科學(xué)家最終可能解決黑洞的“信息悖論”問(wèn)題，他們一直懷疑所謂的黑洞信息的丟失問(wèn)題，當(dāng)某種信息不慎落入了黑洞的“萬(wàn)丈深淵”，似乎在無(wú)邊無(wú)際的黑暗中消失了，40年前，物理學(xué)家斯蒂芬·霍金發(fā)表了震驚物理學(xué)界的斷言：黑洞不全是黑的，微量輻射可能擺脫了黑洞引力，逃逸到黑洞周圍的太空，霍金預(yù)言激發(fā)了一個(gè)饒有興趣的命題，有些科學(xué)家大膽猜想：跌入黑洞的信息將以微量輻射的方式逃出黑洞的束縛，而黑洞輻射內(nèi)含了信息編碼。

以量子力學(xué)的基本原理為指導(dǎo)，霍金構(gòu)想了黑洞輻射的概念，量子漲落是微觀能量的波動(dòng)狀態(tài)，真空態(tài)的太空瞬間會(huì)發(fā)生量子漲落現(xiàn)象。太空的真空態(tài)不是完全的虛空，真空內(nèi)實(shí)際上充滿了沸騰的物質(zhì)和反物質(zhì)粒子，正反離子對(duì)以波動(dòng)方式在真空中“跳進(jìn)跳出”，處于“來(lái)無(wú)影、去無(wú)蹤”的游離態(tài)，正反離子對(duì)在碰撞時(shí)立刻發(fā)生了湮滅反應(yīng)，但在黑洞的視界區(qū)域出現(xiàn)特別的情形。

在靠近黑洞的視界區(qū)域產(chǎn)生了離子對(duì)，正反離子對(duì)可能還來(lái)不及在碰撞中發(fā)生湮滅反應(yīng)，就被黑洞視界區(qū)域的強(qiáng)大引力拉開，一個(gè)靠近黑洞視界的粒子在引力或時(shí)空彎曲的作用下沖進(jìn)了黑洞視界，一個(gè)靠遠(yuǎn)黑洞視界的粒子留在黑洞的視界之外，沖出了黑洞視界的“牢籠”。霍金應(yīng)用了量子力學(xué)和廣義相對(duì)論的兩大物理理論，迄今為止，物理學(xué)家并未探測(cè)到從霍金輻射中逃逸的粒子，難以從天體物理學(xué)的觀測(cè)方式證實(shí)霍金輻射的存在，可能找到替代的方法，用實(shí)驗(yàn)的方法模擬黑洞的事件視界，用“人造黑洞”檢驗(yàn)黑洞輻射理論。

制定了模擬黑洞引力效應(yīng)的目標(biāo)，以色列理工大學(xué)位于海法，物理學(xué)家杰夫·斯特恩豪爾和同事在以色列理工大學(xué)的實(shí)驗(yàn)室將一堆冷卻的原子聚合在一起，創(chuàng)造了極低溫的物理環(huán)境，相當(dāng)于絕對(duì)零度以上的10億分之一度，原子在幾乎絕對(duì)零度的環(huán)境中緊縮起來(lái)，表現(xiàn)出單一流體的量子物理性質(zhì)。非常容易獲得實(shí)驗(yàn)操作的效果，極低溫的原子堆積流體形成了所謂的波色——愛(ài)因斯坦凝聚體，聲波悄無(wú)聲息地穿梭在凝聚體，冷原子凝聚體成了聲波運(yùn)動(dòng)的媒介物，可以用聲波移動(dòng)模擬由量子漲落引起的粒子運(yùn)動(dòng)。

物理學(xué)家杰夫·斯特恩豪爾和同事用激光技術(shù)創(chuàng)造了超音速流體，聲波沿著流體的反方向移動(dòng)，好似游泳運(yùn)動(dòng)員逆流而上或沿著水流的反方向游泳。超冷流體捕獲了聲波，好似黑洞視界捕獲了跌入的物質(zhì)粒子，超冷原子凝聚體捕獲了聲波，實(shí)驗(yàn)過(guò)程成功地模擬了黑洞的事件視界?？茖W(xué)小組在實(shí)驗(yàn)過(guò)程中很容易使用了控制技術(shù)，產(chǎn)生了聲波“跳進(jìn)跳出”的效果，好似物質(zhì)和反物質(zhì)的粒子對(duì)在真空中“進(jìn)進(jìn)出出”。聲波在超冷原子凝聚體模擬的黑洞視界的兩側(cè)“一進(jìn)一出”，出現(xiàn)了聲波的“事件視界”，實(shí)驗(yàn)小組在實(shí)驗(yàn)室創(chuàng)造了替代“霍金輻射”的模擬環(huán)境。

通過(guò)探測(cè)器檢測(cè)了放大的聲波信號(hào)，反復(fù)調(diào)整流體的物理參數(shù)，實(shí)驗(yàn)小組在不同的聲波“事件視界”中創(chuàng)造了更多的“聲波對(duì)”，模擬實(shí)驗(yàn)相當(dāng)于放大了霍金輻射效應(yīng)，聲波信號(hào)被提高到能夠檢測(cè)的水平。有些研究人員贊同實(shí)驗(yàn)小組的思路，有些研究人員則懷疑實(shí)驗(yàn)?zāi)Ｐ偷膰?yán)謹(jǐn)性。有必要精確模擬霍金輻射的效果，實(shí)驗(yàn)小組用5年時(shí)間對(duì)實(shí)驗(yàn)裝置進(jìn)行了提升，在放大信號(hào)的基礎(chǔ)上檢測(cè)“霍金輻射”，但有一點(diǎn)不能確定，是否在不同頻率的輻射上都能檢驗(yàn)霍金輻射的理論預(yù)言。

實(shí)驗(yàn)小組開發(fā)了無(wú)需放大聲波信號(hào)的實(shí)驗(yàn)技術(shù)，通過(guò)“人造黑洞”的模擬裝置檢驗(yàn)黑洞的“信息悖論”。實(shí)驗(yàn)小組的檢驗(yàn)方法為人們理解現(xiàn)代物理學(xué)兩大領(lǐng)域的協(xié)調(diào)性提供了幫助，霍金輻射的概念應(yīng)用了量子力學(xué)和愛(ài)因斯坦的引力理論，廣義相對(duì)論實(shí)際上創(chuàng)新和延伸了牛頓的引力理論，量子力學(xué)從創(chuàng)立到現(xiàn)在逐漸地趨于完善，但物理學(xué)家至今沒(méi)能將自然的引力融入量子力學(xué)的體系，霍金輻射的理論嘗試將量子力學(xué)和廣義相對(duì)論融合起來(lái)，朝著可檢驗(yàn)方向邁出了重要一步。

“人造黑洞”事件視界的模擬實(shí)驗(yàn)給物理學(xué)家?guī)?lái)了機(jī)會(huì)，可以檢驗(yàn)現(xiàn)代物理學(xué)的兩大理論能否統(tǒng)一在單一的理論體系中。赫瑞瓦特大學(xué)位于英國(guó)的愛(ài)丁堡，英國(guó)的實(shí)驗(yàn)物理學(xué)家丹尼爾·菲克西歐解釋說(shuō)，斯特恩豪爾實(shí)驗(yàn)小組的實(shí)驗(yàn)采用了最有力和最清晰的檢驗(yàn)方法，模擬了廣義相對(duì)論和量子力學(xué)相融合的界面。2010年，菲克西歐和同事報(bào)告了一個(gè)發(fā)現(xiàn)，他們檢測(cè)到了類似的“霍金輻射”現(xiàn)象。馬里蘭大學(xué)帕克分校的物理學(xué)家特德·雅各布森解釋說(shuō)，早在1999年，人們?cè)趯?shí)驗(yàn)室檢測(cè)到了一種類似于“霍金輻射”的現(xiàn)象，

從聲波裝置的實(shí)驗(yàn)中認(rèn)識(shí)了黑洞輻射，目前依然是難以企及的科學(xué)難題，超低溫聲波實(shí)驗(yàn)的價(jià)值是探索超冷原子物理學(xué)。不列顛哥倫比亞大學(xué)位于溫哥華，這所大學(xué)的理論物理學(xué)家威廉·翁魯解釋說(shuō)，即使是實(shí)驗(yàn)小組開發(fā)的模擬裝置與霍金輻射不十分匹配，但實(shí)驗(yàn)方法在模擬霍金輻射現(xiàn)象時(shí)出現(xiàn)了十分接近真實(shí)的效果，科學(xué)家設(shè)想和應(yīng)用了很多的實(shí)驗(yàn)方法，其中的超低溫聲波實(shí)驗(yàn)方法最受鼓舞和好評(píng)，在不久的將來(lái)，人們可能迎來(lái)對(duì)霍金輻射進(jìn)行檢驗(yàn)的時(shí)刻，從檢驗(yàn)預(yù)期的霍金輻射理論中獲得科學(xué)新知。

（2014-10-14）