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霍金和霍金辐射

2011-03-24
霍金辐射,霍金,虫洞,黑洞
霍金和霍金辐射

霍金提出,宇宙中的黑洞会发出辐射,但是这种辐射很难观测到。

虫洞被科学家描述成连接宇宙遥远区域间的时空细管,它和黑洞一样都以相同的方式扰乱其周围的物质运动。而分辨这两种情况,能用到的方法就是“霍金辐射”。这是霍金在1974年发表的一个令人震惊的设想。他认为,在黑洞外产生的虚粒子对,其中之一被吸引进去,而另一个会逃逸。这个逃逸的粒子获得了能量,从而不需要与其反粒子相遇湮灭,反倒是可以逃逸到无限远。以外界的角度看,就像黑洞辐射出了这个粒子一样。该猜想中的辐射就被命名为“霍金辐射”。

尽管霍金辐射的发现被当前科学界广为接受,但迄今还没有哪一位天文学家观测到黑洞爆发。尽管霍金辐射的发现被当前科学界广为接受,但迄今还没有哪一位天文学家观测到黑洞爆发。

霍金辐射在宇宙中普遍存在


2011年03月24日 18:12 科技日报
  本报讯 据美国物理学家组织网3月22日报道,科学家普遍认为,由于某种微妙的量子效应造成了黑洞能量损失,由此它会逐渐缩小,经万亿年的能量和粒子辐射之后,最终会蒸发掉。但它在寿终时刻发生了什么事情,还不能确定。最近,新西兰维多利亚大学科研人员发现,宇宙中许多物体都能发出霍金辐射,霍金辐射比预想的更普遍,因此可以通过研究霍金辐射来了解黑洞寿终时刻的情形。相关论文发表在最近出版的《高能物理与物理评论D辑》上。

  尽管霍金辐射的发现被当前科学界广为接受,但迄今还没有哪一位天文学家观测到黑洞爆发。黑洞的最后时刻被认为是:几百吨的物质在两三秒钟内直接转化成了能量,产生的爆炸威力将使任何原子弹都相形见绌。

  维多利亚大学数学教授马特·维瑟联合西班牙和意大利的同行进行了这项研究,他们通过计算辐射泄露所需要的条件,在霍金辐射和黑洞消失之前极短时间内的情况等方面取得了一些新进展。

  维瑟教授说:“我们的研究已经探测到了最接近黑洞消失的时期,生成的计算结果已经深入到最后的百万分之几秒。这对于我们理解最终时刻发生了什么非常重要,但还有一些悬而未决的问题。霍金辐射的发生比我们预想的更普遍,这一发现有助于弄清楚宇宙中的某些神秘现象。如果一个小黑洞由于爆发而落进了我们的太阳系,那是不可想象的灾难,但这非常非常不可能。”

  维瑟教授还指出,宇宙中有许多辐射源,问题是黑洞正在辐射什么东西。因为到最后时刻,它辐射的能量或粒子可能被其他辐射源所遮蔽。按人类的标准,黑洞存在的最后几秒钟可能是震撼的,但按宇宙的标准却未必。

  此外,维瑟教授还通过模拟时空来研究黑洞辐射,即用较简单的物理系统来模拟万有引力,比如用声音在运动流体上模拟音波黑洞。(常丽君)

物理学家创造声音黑洞研究霍金辐射(图)


2011年01月12日 09:03 新浪科技官方微博新浪科技
实验室中创建的声音黑洞(图像版权:Oren Lahav, et al.)  新浪科技讯 北京时间1月12日消息,据国外媒体报道,黑洞之所以得名,是由于它能吸收所有射向它的光线,并且具有极高的密度,以至于连光都无法逃离它的表面。而在一项最新的研究中,科研人员在实验室中创造出一种“声音黑洞”,它会吸收声波,使其无法逃离。这种声音黑洞转瞬即逝,不过他们仍然希望能借此观察到神秘的“霍金辐射”(Hawking radiation),霍金提出,宇宙中的黑洞会发出辐射,但是这种辐射很难观测到。

  这项研究的负责人奥伦·拉海夫(Oren Lahav)和他来自以色列理工大学的同事们在最新的一期《物理评论快报》上刊登了他们的成果。

  科学家们借助一种特殊的物质态——玻色-爱因斯坦凝聚态实现了这一结果。借助磁阱,科学家们将10万个减速至最低量子态的铷原子组成了这一特殊的凝聚态。这种低温原子堆的表现就像是一个单独的大型量子机械体。而为了将这一凝聚体变成一个声音黑洞,科学家们需要加速凝聚体的一部分,使之达到超音速。这样一来,凝聚体的某些部分以超音速流动,而其他部分的流速则是亚音速。

  借助大直径激光,科学家们能够构建电势,并将部分凝聚态物质加速至超音速。技术人员已经证明,采用这种技术,能使这种凝聚态物质的速度达到音速的一个数量级以上。

  “我们这项工作最有意义的地方在于我们成功克服了朗道临界速度,这一定律认为流体速度不能超越音速。”同样来自以色列理工大学的研究组成员杰夫·斯特恩豪尔(Jeff Steinhauer)说。“我们的实验在有限的时间尺度上突破了这一限制。”

  在这个试验中,凝聚态物质被分成两部分,一部分的流速大于音速,而其余部分小于音速,中间的区域流速恰好等于音速,从而构成类似黑洞的“视界”的作用。在超音速流一侧,凝聚态的物质密度远小于亚音速流一侧。科学家解释这一现象是由于质量守恒:较低的密度必须由较高的速度来补偿。在此次实验中,科学家们至少能让这一“视界”在崩溃前维持20毫秒。

  就和黑洞能拴住光子一样,声音黑洞能拴住声子和其他波长介于1..6~18微米的波戈留夫激发。波长非常短的激发将可以逃逸,而波长长于这一数值范围的激发本身就无法存在于这一超音速流部分。

  接下来,科研人员计划用声音黑洞来研究霍金辐射。这是物理学家斯蒂芬·霍金提出的一个理论,即根据量子理论,黑洞可能会发出少量的热辐射。这种辐射将使黑洞收缩并最终完全蒸发消失。但到目前为止,想要探测到这种辐射仍然极具挑战性。

  为了观测到声音黑洞的霍金辐射效应,需要具备许多条件。比如受困的激发需具有负能量。对于这一点,技术人员已经找到了解决办法。他们将两束频率稍有差异的激光聚焦于凝聚体的超音速部分,受激发的凝聚体将从一束激光中吸收光子并在第二束激光中辐射出去,这将产生一种负能量的激发态。相信在未来这种声音黑洞将会帮助科学家们首次目睹霍金辐射的情景。(晨风)

霍金辐射或许已被科学家观察到


2010年09月30日 10:25 科技日报
  本报讯 (记者张梦然)据物理学家组织网9月29日(北京时间)报道,意大利米兰大学的科学家佛朗哥·贝乔诺及其同事组成的团队日前宣称,他们在实验室中创建的“某类现象”,应该就是科学界一直未曾观测到的“霍金辐射”。相关论文发表于即将出版的《物理评论快报》上,目前在arXiv.org网站可供参阅。

  虫洞被科学家描述成连接宇宙遥远区域间的时空细管,它和黑洞一样都以相同的方式扰乱其周围的物质运动。而分辨这两种情况,能用到的方法就是“霍金辐射”。

  这是霍金在1974年发表的一个令人震惊的设想。他认为,在黑洞外产生的虚粒子对,其中之一被吸引进去,而另一个会逃逸。这个逃逸的粒子获得了能量,从而不需要与其反粒子相遇湮灭,反倒是可以逃逸到无限远。以外界的角度看,就像黑洞辐射出了这个粒子一样。该猜想中的辐射就被命名为“霍金辐射”。

  霍金将量子理论加入到天体物理理论中去,按此说法,黑洞并不像人们此前所想的那样“暗无天日”,而是会轻微地发出“霍金辐射”的光芒。那个逃逸的粒子吸收了一部分黑洞的能量,使该辐射包含有光子、中子和少量的各种有质量的粒子。“霍金辐射”不违反信息定律,但这种辐射非常之微弱,还非常可能被其他的辐射来源所湮没,如大爆炸时期留下的宇宙微波背景辐射,因而尽管天文学家数十年的努力观测,仍一无所获。

  贝乔诺及同事为了建造出“霍金辐射”,在实验装置中向透明的石英玻璃样本发射了超短(1皮秒)的激光脉冲,产生的折射率分布(RIP)展现出一个“视界线”(一个天文学中黑洞的边界),在此边界以内的光无法逃离。之后,由成像镜头以90度收集其辐射光子,然后发送到分光仪以及电荷耦合摄像机中。

  研究人员解释说,此方式可强烈抑制或消除其他类型的辐射,如切伦科夫状辐射、四波混频、自相位调制、荧光等等。最终,观察到的光子辐射迹象让他们相信,这是一个由模拟“视界线”催生的“霍金辐射”。

  这很可能是人们首次观察到的“霍金辐射”迹象。物理学家们认为,如在未来实验中该结果被证实为“霍金辐射”,其可能对一切黑洞甚至宇宙的最终命运产生重大影响。

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