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以色列科学家利用人造黑洞验证了霍金和爱因斯坦的黑洞理论

 昵称tfKn5 2021-02-23
以色列科学家利用人造黑洞验证了霍金和爱因斯坦的黑洞理论

以色列理工学院的科学家们在实验室中创造了一个直径为0.1毫米的人造黑洞以研究霍金辐射相关理论的可靠性。这是新的消息,以色列理工大学科学家们有了一项关于黑洞霍金辐射的新研究。我们知道黑洞的引力有多么强大,以至于任何进入黑洞的东西都无法逃逸,包括光。理论预测表明黑洞有一个半径,称为视界。一旦某个物体通过视界,它就不能再逃出黑洞,也就是说任何物质接近它的中心时,引力会变得更强。


理论物理学家史蒂芬·霍金曾经预言过,虽然黑洞内部没有东西可以逃逸,但黑洞会自发地发出有限的光,这也就是霍金辐射。根据他的解释,这种辐射是自发的,也就是说,它是无缘无故产生,另外,霍金辐射的强度不会随时间变化而变化。


以色列理工学院的科学家们最近进行了一项旨在检验霍金辐射理论预测的研究。更具体地说,他们研究了在实验室环境中制造的人造黑洞中霍金辐射的当量是否是静止的。
进行这项研究的研究人员之一Jeff Steinhauer告诉记者:“如果你进入视界,就没有办法出去,即使是光。不过霍金辐射是从视界外开始的,那里光线几乎无法逃逸,这真的很奇怪,那里明明什么都没有,只是一片空白,这就说明这种辐射是从无到有的。”


以色列科学家们制造的黑洞正巧可以验证霍金辐射理论,Steinhauer和他的同事们创造的人造黑洞长约0.1毫米,由8000个铷原子组成的气体构成。每次研究人员给它拍照,黑洞就蒸发了,为了观察黑洞随时间的演化,他们必须制造出黑洞,给它拍照,然后再制造另一个黑洞。这个过程重复了很多次,持续了几个月。

以色列科学家利用人造黑洞验证了霍金和爱因斯坦的黑洞理论


这个模拟黑洞发出的霍金辐射是声波,而不是光波。铷原子的流动速度比声速快,因此声波无法到达视界并从黑洞中逃逸出来。然而,在视界之外,气体流动缓慢,因此声波可以自由移动。


根据霍金的预测,黑洞发出的辐射是自发的。在这项研究中,Steinhauer和他的同事在他们的人造黑洞中证实了这一预测。
在新研究中,他们着手研究黑洞发出的辐射是否也是静止的,也就是说,它是否随时间保持不变。Steinhauer说:“黑洞应该像黑体一样辐射,它本质上是一个发出恒定红外辐射(也就是黑体辐射)的特殊物体。霍金先生认为,黑洞就像普通恒星一样,总是不断地发射某种类型的辐射,这就是我们想在研究中确认的,我们做到了。”


霍金辐射是由成对的光子(即轻粒子)组成的,一部分会从黑洞中出来,另一部分会落回黑洞中。Steinhauer和他的同事们也寻找类似的成对声波,一对从黑洞出来,一对进入黑洞。一旦他们确定了这对声波,研究人员就试图确定它们之间是否存在相关性。
Steinhauer说:“我们必须收集大量的数据来观察这些相关性。因此,我们重复了97000次实验,总共连续测量了124天。总的来说,这些发现证实了黑洞发出的辐射是静止的,正如霍金先生所预测的那样。虽然这些发现主要适用于他们创造的模拟黑洞,但理论研究有助于证实它们是否也适用于真实的黑洞。
我们的研究也提出了重要的问题,因为我们观察了模拟黑洞的整个生命周期,这意味着我们也看到了霍金辐射是如何开始的。在未来的研究中,科学家们可以尝试将我们的结果与对真实黑洞中会发生什么的预测数据进行比较,看看霍金辐射是否像我们观察到的那样从无到有,然后逐渐增强。 ”

以色列科学家利用人造黑洞验证了霍金和爱因斯坦的黑洞理论

在研究人员的实验过程中的某个时刻,模拟黑洞周围的辐射变得非常强,因为黑洞形成了所谓的内视界。除了事件视界之外,爱因斯坦的广义相对论预测了内视界的存在,黑洞内部的一个半径,它描绘了一个更接近其中心的区域。


在内视界内的区域,引力要低得多,因此物体可以自由移动,不再被拉向黑洞的中心。然而,它们仍然无法离开黑洞,因为它们无法以相反的方向穿过内视界

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