科学家在实验室培育出黑洞！

发布时间：2022-11-26 10:20 所属栏目：16 来源：互联网

导读：说起黑洞，可以说是这个宇宙中最为极端、最为强大而且也最为神秘的天体，它以其巨大的引力，使得里面的光线都无法逃逸出来，因此从外界要想直接观测到它的难度非常大。著名的宇宙学家霍金生前曾经提出了一个关于黑洞的猜测，那就是根据海森堡不确定性原理，

　　说起黑洞，可以说是这个宇宙中最为极端、最为强大而且也最为神秘的天体，它以其巨大的引力，使得里面的光线都无法逃逸出来，因此从外界要想直接观测到它的难度非常大。
　　
　　著名的宇宙学家霍金生前曾经提出了一个关于黑洞的猜测，那就是根据海森堡不确定性原理，在真空中会在瞬间产生一对正反虚粒子，然后又瞬间湮灭，在此过程中向外释放能量。
　　
　　由此出发，在黑洞事件视界的内外如果正好产生一对虚粒子，其中一个被黑洞吸进去，另外一个逃逸出来。那么逃逸的这个粒子就能获得能量，也没有和相反的粒子发生湮灭，从外界看就像黑洞向外发射粒子一样。这个猜测就是著名的“霍金辐射”。
　　
　　按照量子场理论也能解释霍金的这个猜测。根据量子场论，宇宙中其实是没有真空这样的东西的。相反，空间里充满了无数微小的振动，假如在某一瞬间这些空间区域充满了足够的能量，这些振动会随机爆发成虚拟粒子，又几乎立即相互湮灭，从而产生光。根据爱因斯坦的广义相对论，引力会扭曲时空，因此量子场越接近黑洞奇点的巨大引力牵引力，就会越扭曲。
　　
　　由于量子力学的不确定性和怪异性，这种扭曲产生了不同移动时间的不均匀窗口的能量尖峰。正是这些能量不匹配，使得虚粒子从黑洞边缘看似虚无的东西中出现，然后自我湮灭产生了微弱的光，霍金辐射就此产生。
　　
　　之所以物理学界、天文学界对霍金的这个猜测很感兴趣，主要原因在于它是在目前物理学的两大不可调和的理论极端边界上做出的，一个是爱因斯坦的广义相对论，它描述了大物体的世界；另一个是量子力学，它详细描述了最小物体的奇怪行为粒子。

　　但是由于黑洞的极端特性，想依靠从黑洞中直接检测到光，对于物理学家来说几乎是不太可能的事。特别是有两个情况限制了科学家们去证实霍金的猜测，一个是前往黑洞（已知距离地球最近的黑洞距离地球 1500多光年）以及到达黑洞后，不被其巨大引力吸入并变得“面条”化都面临着相当大的挑战。第二是黑洞周围出现的“霍金光子”数量很少，在大多数情况下，它会被其他发光效应淹没，比如从围绕黑洞旋转的物质中释放出的高能 X 射线。
　　
　　为了解决这个问题，近年来科学家们在实验室中进行了有关黑洞的模拟实验，试图在极端条件下寻找霍金辐射。比如，在2021年的时候，有科学家们使用了一束含有8000个过冷、用激光束缚的铷原子，沿着前进的方向创建了波状激发形式的虚拟粒子。
　　
　　近日，又有研究团队对上述实验方法进行了改进，通过调整电子从一个原子跳到另一个原子的难易程度，创造了黑洞时空扭曲事件视界的合成版本。主要是在原子链行进过程中，使其一部分落在模拟的“事件视界”之上，然后记录链中的温度峰值，从而模拟出黑洞周围产生红外辐射的现象。
　　
　　这一近期的研究成果，表明位于事件视界两侧的粒子之间的量子纠缠效应可能真的存在，从而证实了霍金辐射这一猜测也可能是正确的。唯一遗憾的是，实验由于无法模拟出黑洞产生的强大引力扭曲，这对量子引力理论和潜在的、真实的霍金辐射到底意味着什么还无法得出，但至少进一步激发了科学家们深入研究的热情，展现了以前从未探索过的、宇宙物理学的神秘一隅。

（编辑：ASP站长网）