實驗證實黑洞不是真正的洞而且也不完全是黑的?

Comment is Closed

1-16131

黑洞有一個比光速還大的逃離速度(escape velocity),由於沒有東西能夠比它還快,因此沒有東西能夠逃離黑洞。這是黑洞最簡單的力學解釋。可是一旦你加入熱動力學和量子力學到這個混合物,事情就變得更混亂了。

有鑑於此,物理學家史蒂芬霍金(Stephen Hawking)在1974年提出黑洞實際上不是黑的假設,反而,它們放射出輻射、損失能量、而且會隨著時間萎縮。然而,由於輻射量太小,以至於無法在天文物理學上的黑洞被觀察到。因此,我們要如何來測試這個想法呢?

來自以色列理工學院(Israel Institute of Technology)的Jeff Steinhauer教授,不只是發現到一個方法來測試,也在發表於自然物理學(Nautre Physics)期刊的一篇新論文中,揭露有史以來最強烈的證據。這個黑洞輻射,現在知道是霍金輻射(Hawking radiation),是非常真實的。

推薦文章:  MIT物理學家提出新「生命意義」的說法恐改變進化論

hawkingradiation

Steinhauer建構出一個聽覺黑洞(acoustic black hole),一個捕捉器有遠大於聲音”粒子”(聲子)能量的特定頻率,只能夠以音速移動。

Steinhauer教授說:「如果在黑洞裡有一粒聲子(phonon),它無法對抗流動,因為流動的速度比音速還快。就像一個人嘗試在水流中逆泳,如果水流速度快於游泳的人,游泳的人會往後而不是向前。」

這好像是被過分簡單化,但它卻是真實事物非常正確的模型。而且更重要的是,這個聽覺黑洞被觀察到放射出找尋已久的霍金輻射。

hawking-radiation

霍金的想法是必要的,因為相對論和量子力學無法好好地在一起運作,而黑洞需要這兩種理論。因此,藉由模擬我們有的一些方程式,針對它們的特性,有一項持續且大規模的調查。

Steinhauer補充:「黑洞研究的特點在於學習相關的新物理定律,而不是黑洞本身。」

霍金輻射的觀念來自於這些模擬之一。每一小段的時空有能量,而且有時候那個能量在交互作用與轉回能量之前,能夠突然地轉變成一對粒子與反粒子。如果這一對粒子與反粒子的產生是發生在黑洞的事件視界(event horizon),一顆粒子會被黑洞的重力捕捉並且掉入,而另一顆粒子則逃脫。

hawkingpair

藉由一種被稱為糾纏(entanglement)的特性,被逃脫的粒子會被連結到掉進黑洞裡的同伴。來自於Steinhauer黑洞的霍金輻射,提供了最強烈的實驗證據,霍金輻射是非常真實的。

推薦文章:  外星科技反向工程的祕密基地,不是在51區

來源:IFLScience