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物理學家在實驗室模擬了一個黑洞,然後它開始發光

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使用單個文件中的原子鏈來模擬黑洞的事件視界,物理學家觀察到了我們所說的等價物 霍金輻射 – 由黑洞時空間隙引起的量子漲落擾動而誕生的粒子。

他們說,這可能有助於解決目前描述宇宙的兩個不可調和的框架之間的矛盾:廣義相對論和量子力學,前者將引力的行為描述為一個稱為時空的連續場,後者描述離散粒子的行為使用數學概率為了創建一個可以普遍應用的統一量子引力理論,這兩個不相容的理論必須找到一種以某種方式相處的方法。

物理學家在實驗室模擬黑洞

這就是黑洞發揮作用的地方——也許是宇宙中最奇怪、最極端的物體。 這些大質量物體的密度非常大,以至於在距黑洞質心一定距離處,宇宙中沒有任何速度足以逃逸。 甚至是光速。 這個距離取決於黑洞的質量,稱為 事件視界. 一旦一個物體越過它的邊界,我們只能想像會發生什麼,因為沒有任何關於它命運的重要信息返回。

但在 1974 年,史蒂芬霍金提出,事件視界引起的量子漲落中斷會導致一種與熱輻射非常相似的輻射。 如果這種霍金輻射存在,我們無法檢測到它。 我們可能永遠無法將它與宇宙的嘶嘶聲分開。 但是我們可以通過在實驗室條件下創建黑洞模擬來研究它的特性。

以前有人這樣做過,但在去年由荷蘭阿姆斯特丹大學的 Lotta Mertens 領導的一項研究中,物理學家做了一些新的事情。 一維原子鏈充當電子從一個位置“跳躍”到另一個位置的路徑。 通過改變這些跳躍發生的難易程度,物理學家可以使某些特性消失,有效地創造一種事件視界,干擾電子的波狀性質。

這種錯誤的事件視界產生的溫度升高符合等效黑洞系統的理論預期,但前提是鏈條的一部分延伸到事件視界之外。 這可能意味著穿過事件視界的粒子糾纏在霍金輻射的產生中起著重要作用。

物理學家在實驗室模擬黑洞

模擬的霍金輻射僅在一定範圍的尖峰振幅內是熱輻射,並且在模擬開始時模擬的是被假定為“平坦”的某種類型的時空。 這表明霍金輻射只能在某些情況下是熱輻射,即時空曲率在引力影響下發生變化。

目前尚不清楚這對量子引力意味著什麼,但該模型提供了一種方法來研究霍金輻射在不受黑洞形成的狂野動力學影響的介質中的出現。 研究人員說,因為它非常簡單,所以可以用於廣泛的實驗環境。

物理學家在他們的文章中解釋說:“這可以為研究基本的量子力學方面以及各種凝聚態物質條件下的引力和扭曲時空提供機會。”

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