物理學(xué)家在實(shí)驗(yàn)室里模擬了一個(gè)黑洞。然后它開(kāi)始發(fā)光。

一個(gè)黑洞模擬可以告訴我們一兩件事，關(guān)于理論上由真實(shí)事物發(fā)出的難以捉摸的輻射。

2022 年，一組物理學(xué)家使用單個(gè)文件中的原子鏈來(lái)模擬黑洞的事件視界，觀察到了相當(dāng)于我們所說(shuō)的霍金輻射– 由黑洞在時(shí)空中的斷裂引起的量子漲落擾動(dòng)而產(chǎn)生的粒子。

他們說(shuō)，這可能有助于解決目前描述宇宙的兩個(gè)不可調(diào)和的框架之間的緊張關(guān)系：廣義相對(duì)論，它將引力的行為描述為稱為時(shí)空的連續(xù)場(chǎng);和量子力學(xué)，它使用概率數(shù)學(xué)描述離散粒子的行為。

對(duì)于一個(gè)可以普遍應(yīng)用的統(tǒng)一量子引力理論，這兩個(gè)不混溶的理論需要找到一種以某種方式相處的方法。

這是哪里黑洞進(jìn)入畫(huà)面——可能是宇宙中最奇怪、最極端的物體。這些大質(zhì)量物體的密度如此之大，以至于在黑洞質(zhì)心的一定距離內(nèi)，宇宙中的任何速度都不足以逃逸。甚至沒(méi)有光速。

那段距離，不同根據(jù)黑洞的質(zhì)量，稱為事件視界。一旦一個(gè)物體越過(guò)它的邊界，我們只能想象會(huì)發(fā)生什么，因?yàn)闆](méi)有任何東西會(huì)返回關(guān)于它命運(yùn)的重要信息。但在 1974 年，斯蒂芬·霍金提出由事件視界引起的量子漲落中斷會(huì)導(dǎo)致一種與熱輻射非常相似的輻射。

如果這種霍金輻射存在，那么它太微弱了，我們還無(wú)法探測(cè)到。我們可能永遠(yuǎn)無(wú)法從宇宙的嘶嘶聲中篩選出它。但我們可以探測(cè)其屬性通過(guò)創(chuàng)建黑洞類似物在實(shí)驗(yàn)室環(huán)境中。

以前已經(jīng)這樣做過(guò)，但在 2022 年 11 月，由荷蘭阿姆斯特丹大學(xué)的 Lotte Mertens 領(lǐng)導(dǎo)的一個(gè)團(tuán)隊(duì)嘗試了一些新的東西。

一維原子鏈作為電子從一個(gè)位置“跳躍”到另一個(gè)位置。通過(guò)調(diào)整這種跳躍發(fā)生的難易程度，物理學(xué)家可以使某些特性消失，從而有效地產(chǎn)生一種干擾電子波狀性質(zhì)的事件視界。

研究小組說(shuō)，這種虛假事件視界的影響導(dǎo)致溫度升高，這與等效黑洞系統(tǒng)的理論預(yù)期相匹配。但只有當(dāng)鏈的一部分延伸到事件視界之外時(shí)。

這可能意味著糾纏跨越事件視界的粒子有助于產(chǎn)生霍金輻射。

模擬的霍金輻射僅在一定范圍的跳躍振幅下是熱的，并且在模擬下，模擬從模仿一種被認(rèn)為是“平坦”的時(shí)空開(kāi)始。這表明霍金輻射可能只在一定范圍內(nèi)是熱的，并且當(dāng)時(shí)空因重力而發(fā)生變化時(shí)。

目前尚不清楚這對(duì)量子引力意味著什么，但該模型提供了一種方法來(lái)研究霍金輻射在不受黑洞形成的狂野動(dòng)力學(xué)影響的環(huán)境中的出現(xiàn)。而且，由于它非常簡(jiǎn)單，它可以在各種實(shí)驗(yàn)設(shè)置中發(fā)揮作用，研究人員說(shuō)。

“這可以為探索各種凝聚態(tài)環(huán)境中的引力和彎曲時(shí)空的基本量子力學(xué)方面開(kāi)辟一個(gè)場(chǎng)所，”研究人員寫(xiě)道.

該研究已發(fā)表在物理回顧研究.

本文的一個(gè)版本于 2022 年 11 月首次發(fā)布。

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