霍金輻射有了最強證據

07-20

物理學家霍金曾在1974年提出霍金輻射，即從理論上來說少量高能輻射能夠逃離黑洞的引力。

這一假設顛覆了人們的傳統認知，畢竟一直以來人們都認為沒有東西(包括光)能夠逃離黑洞。現在，物理學家終於在模擬黑洞中觀察到了霍金輻射。

當然在我們於真正的黑洞附近觀察到霍金輻射之前，霍金輻射只是假設而已，不過我們的技術尚沒有先進到能做這樣的事情。於是物理學家們在聲音黑洞中測試了他們的假設。

聲音黑洞這一理論於20世紀80年代出現，但它直到2009年才變為現實。聲音黑洞由被冷凍在略高於絕對零度之上這一溫度中的銣原子構成。在這種情況下，銣原子會進入物質的一種量子態，它們開始變得像彼此的複製品，凝結形成「超級粒子」或者波，這被稱作玻色-愛因斯坦凝聚態(Bose-Einstein condensate，簡寫BEC)。

先前的研究曾證實這些聲音黑洞在某些關鍵的方面可以模擬真正的黑洞，因此它們被當做真正黑洞的絕佳替代品。

以色列理工學院的物理學家Jeff Steinhauer研究聲音黑洞至今已有七年，他做了4600次實驗，觀察到了霍金預測的東西：成對的聲子(聲音能量包)開始自發地出現在事件視界上，之後一個聲子會被推離黑洞進入模擬空間，而另外一個則墜入黑洞內部。

霍金輻射認為宇宙充滿了虛擬的混亂粒子，它們轉瞬即逝，在接觸之時即湮滅彼此，如果它們碰巧出現在黑洞事件視界附近除外。

在這種情況下，一個粒子被吞噬之後，另外一個粒子會輻射到宇宙中。感謝逃離的輻射從黑洞中偷走的能量，隨著時間的流逝黑洞的質量也會變小，並最終不復存在。

此時悖論也出現了：根據愛因斯坦廣義相對論，所有穿過黑洞事件視界的物質都會被永久吞噬，且永遠不會恢復。但根據我們對量子力學的理解，被吞噬的物質不會被永久摧毀，那麼到底哪一個才是對的呢？

今年年初，霍金髮表了與這一信息悖論有關的解決辦法。該辦法認為黑洞周圍有像柔軟長發一樣的光暈，它能夠儲存信息，使得信息不會永久遺失。並非每位專家都信服這樣的說法，詳細可點擊這裡。

回到Steinhauer及其團隊身上，他們連續做了六天聲音黑洞實驗之後，拍攝到了BEC，並發現逃離的聲子實際上與墜入黑洞的聲子有糾纏。

他表示：「我們看到高能粒子對糾纏在一起，低能的則沒有。我們觀察到了霍金輻射的熱分布，這證實了霍金提出來的與黑洞熱力學有關的預測。」

Steinhauer補充說黑洞事件視界附近的粒子產生的能量很高，因此該模擬也支持防火牆之爭(另外一個不同的假設，它認為霍金粒子之間的糾纏解開後，它們的同伴產生的能量足以在黑洞邊緣創造出一道切實存在的火焰牆)。

物理學家們需要重複更多實驗才能證實這些結果，而只有黑洞邊緣的直接觀察才能讓霍金拿到諾貝爾獎。

該研究被發表在《自然》上。