北京時(shí)間6月11日消息，1974年，斯蒂芬·霍金（Stephen Hawking）做出了他最著名的預(yù)測(cè)之一：黑洞最終會(huì)完全消失。

以色列科學(xué)家在實(shí)驗(yàn)室中證實(shí)了霍金輻射的存在

根據(jù)霍金的理論，黑洞并不完全是“黑”的，實(shí)際上會(huì)向外輻射粒子?；艚鹫J(rèn)為，這種輻射最終會(huì)從黑洞中吸走足夠多能量和質(zhì)量，造成黑洞消失。雖然這一理論被廣泛認(rèn)為是正確的，但曾經(jīng)被認(rèn)為幾乎無法得到證明。

但是，物理學(xué)家第一次證實(shí)了這種難以捉摸的霍金輻射—;—;至少在實(shí)驗(yàn)室中證實(shí)了它的存在。由于霍金輻射過于微弱，我們目前的儀器無法在太空中探測(cè)到霍金輻射，但現(xiàn)在物理學(xué)家已經(jīng)利用一個(gè)模擬黑洞觀察到了霍金輻射，他們利用聲波和宇宙中一些溫度最低、最奇怪的物質(zhì)模擬了黑洞。

正粒子-反粒子對(duì)

黑洞的引力異常強(qiáng)大，即使是運(yùn)動(dòng)速度達(dá)到光速的光子也無法逃脫它的引力。雖然太空中的真空通常被認(rèn)為是空的，但量子力學(xué)的不確定性，決定了真空充滿了虛擬粒子—;—;物質(zhì)粒子和反物質(zhì)粒子對(duì)。反物質(zhì)粒子與對(duì)應(yīng)的物質(zhì)粒子具有相同的質(zhì)量，但帶有相反的電荷。物質(zhì)粒子和反物質(zhì)粒子對(duì)也被稱作正粒子-反粒子對(duì)或正粒子-負(fù)粒子對(duì)。

通常情況下，一對(duì)虛擬粒子出現(xiàn)后，它們會(huì)立即相互湮滅。但是，在黑洞旁邊，異常強(qiáng)大的引力會(huì)將粒子對(duì)拆散，一個(gè)粒子被黑洞吸收，另一個(gè)粒子輻射到太空。被黑洞吸收的粒子帶有負(fù)能量，它們會(huì)減少黑洞的能量和質(zhì)量。吸收足夠多的這些虛擬粒子，黑洞最終會(huì)消失。逃逸的粒子構(gòu)成了霍金輻射。

霍金輻射非常弱，我們目前無法在太空中探測(cè)到它，但物理學(xué)家已經(jīng)提出非常有創(chuàng)意的方法，在實(shí)驗(yàn)室中測(cè)量霍金輻射。

瀑布事件視界

物理學(xué)家杰夫·斯坦豪爾（Jeff Steinhauer）及其在以色列理工學(xué)院的同事，利用一種被稱為玻色-愛因斯坦冷凝物的溫度極低的氣體來模擬黑洞的事件視界。在這種氣體的氣體流中，他們?cè)O(shè)置了一處懸崖，形成了一個(gè)氣體“瀑布”。當(dāng)氣體流過“瀑布”時(shí)，它將足夠的勢(shì)能轉(zhuǎn)化為動(dòng)能，氣體流動(dòng)的速度將超過聲速。

研究人員在氣流中使用了成對(duì)的聲子或量子聲波，而非物質(zhì)和反物質(zhì)粒子。氣體流動(dòng)緩慢一側(cè)的聲子，運(yùn)動(dòng)方向與氣流相反，會(huì)遠(yuǎn)離瀑布，而快速流動(dòng)一側(cè)的聲子無法遠(yuǎn)離瀑布，會(huì)被超音速氣體“黑洞”捕捉。

斯坦豪爾向Live Science表示：“這種現(xiàn)象與我們嘗試逆著流速超過我們游泳速度的水流游泳相似。我們感覺自己向前進(jìn)了，但實(shí)際上是向后退了。這類似于黑洞中的光子試圖從黑洞逃逸，但被引力拉向了相反方向?！?/p>

霍金預(yù)測(cè)，放射粒子的輻射將處于連續(xù)的波長和能量頻譜中。他還說，這一現(xiàn)象可以通過僅依賴于黑洞質(zhì)量的溫度來描述。最近的實(shí)驗(yàn)在聲波黑洞中證實(shí)了霍金的這兩個(gè)預(yù)測(cè)。

巴黎第十一大學(xué)理論物理學(xué)家雷諾·帕倫塔尼（Renaud Parentani）向Live Science表示，“這些實(shí)驗(yàn)太奇妙了。”帕倫塔尼從理論角度研究模擬黑洞，但沒有參與這項(xiàng)新研究，“這是一個(gè)非常精確的實(shí)驗(yàn)。從實(shí)驗(yàn)方面來看，斯坦豪爾目前是世界領(lǐng)先的利用冷原子研究黑洞物理現(xiàn)象的專家?！?/p>

但帕倫塔尼強(qiáng)調(diào)，這項(xiàng)研究是“漫長過程中的一步”，特別是，這項(xiàng)研究沒有表明聲子對(duì)在量子水平上是相關(guān)的—;—;這是霍金預(yù)測(cè)的另一個(gè)重要方面。