科学家首次观察到“霍金辐射”现象：黑洞向外发射微弱粒子-陈丹的博客

北京时间8月18日消息，黑洞常常被视作一种密度极大的天体，就连光线都无法从中逃脱。虽然黑洞的名字里带了一个“黑”字，但它们并不是全黑的。事实上，它们还会以量子辐射的形式，向外发射极其微弱的粒子。这一现象被命名为“霍金辐射”。近日，科学家首次在实验室中观察到了“霍金辐射”效应。

黑洞常常被视作一种密度极大的天体，就连光线都无法从中逃脱。虽然黑洞的名字里带了一个“黑”字，但它们并不是全黑的。事实上，它们还会以量子辐射的形式，向外发射极其微弱的粒子。这一现象被命名为“霍金辐射”。

杰夫?斯泰恩豪尔教授创造出了一个能够捕获声音的声学黑洞，并用一根长长的管子作为“事件边界”，用于束缚“声音粒子”——“声子”。他的最新研究结果显示，这些声子都是一对相互关联的声子中的一个，因此证实了霍金辐射的量子效应。

1974年，史蒂芬?霍金提出，黑洞并不是全黑的，根据量子效应，一定有一些辐射能够从黑洞的边界逃逸出去。

霍金的理论认为，黑洞应当能以热辐射的形式创造并排放亚原子粒子，这种现象名叫“霍金辐射”，直到黑洞的能量完全枯竭为止。

在1974年发表的理论中，霍金解释了黑洞周围的强大引力场是如何影响粒子和反粒子的产生的。根据量子理论，真空中一直在发生上述现象。

如果粒子是在黑洞的事件边界之外产生的，那么这对粒子中带正电荷的粒子便可能会逃逸，以热辐射的形式从黑洞中释放出去，而带负电荷的粒子则会落回黑洞中。

以色列理工学院的杰夫?斯泰恩豪尔教授(Jeff Steinhauer)在一篇8月15日发表的论文中描述了这一效应。他创造出了一个能够捕获声音的声学黑洞，并用一根长长的管子作为“事件边界”，用于束缚“声音粒子”——“声子”(phonons)。

2014年，斯泰恩豪尔教授观察到，这个黑洞的事件边界上随机产生了一些声子。

而他的最新研究结果显示，这些声子都是一对相互关联的声子中的一个，因此证实了霍金辐射的量子效应。

在黑洞中，事件边界是一个清晰的平面或边缘，进入了事件边界之后，任何光线都无法从中逃脱，因为其中的逃逸速度已经超过了光的速度。

斯泰恩豪尔教授利用一种名叫玻色-爱因斯坦凝聚物的材料，在实验室中创造了与黑洞相同的条件，只不过捕获的是声音、而非光线。

在两年前的实验中，他发现构成声波的能量确实如霍金所言，会从黑洞中“渗漏”出来。而如今他更进一步，用实验证明了这些能量也符合量子物理的表现模式。在边界内部的粒子运动速度要慢于声速，因此声子无法从中逃脱。

“想象你在游泳，但游动的方向与水流相反，而且水流的速度比你游动的速度要快，”斯泰恩豪尔教授描述道，“这样一来，声子永远也不可能抵达事件边界。”

在做了4600次相同的实验、持续进行了六天之后，斯泰恩豪尔教授终于观察到了黑洞创造出声子的过程。

他发现相互配对的两个声子与事件边界之间的距离都是彼此相等的，并且他观察到这一现象的次数足够多，说明这些声子确实是“相互关联”的，这也是他首次在实验室中观察到霍金辐射的量子效应。

此次发现具有十分重要的意义，因为从黑洞中逃逸的粒子与被拉进黑洞中的粒子是相互纠缠的，这是霍金辐射的一个关键特征，而且此前从未被观察到过。

然而，由于霍金辐射极其微弱，我们不可能测量出黑洞中释放了多少霍金辐射。

科学家首次观察到“霍金辐射”现象：黑洞向外发射微弱粒子