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霍金要得诺贝尔物理学奖了? 两组科学家在实验室中制造出微型“黑洞”证实“霍金辐射”理论

2016/4/28 14:39:32  文章来源:南方都市报  作者:何三变
文章简介:在今年的锐思讲座(Reith lectures)中,霍金曾说如果“霍金辐射”理论能够被实验室制造的“微型黑洞”证实,他希望自己能够获得诺贝尔物理学奖。如今,两组独立的研究者已经发现证据支持“霍金辐射”理论,这一发现很可能最终使两组实验物理学家和霍

  在今年的锐思讲座(Reith lectures)中,霍金曾说如果“霍金辐射”理论能够被实验室制造的“微型黑洞”证实,他希望自己能够获得诺贝尔物理学奖。网络图片

  据英国《每日邮报》4月27日报道,英国著名理论物理学家斯蒂芬·霍金于1974年提出了惊世骇俗的“黑洞辐射”理论,该理论认为黑洞不“黑”,黑洞会释放辐射,不断“蒸发”和“缩水”,最终消亡。

  霍金提出的“黑洞辐射”因此被称为“霍金辐射”,但由于黑洞释放的辐射极其微弱,科学家一直无法证实辐射的存在。

  如今,两组独立的研究者已经发现证据支持“霍金辐射”理论,这一发现很可能最终使两组实验物理学家和霍金本人获得诺贝尔物理学奖。

  两组实验证实霍金预言

  据《每日邮报》报道,2015年,位于以色列港口城市海法的以色列理工学院的物理学教授杰夫·斯登霍尔在实验室中用声波制造了类似黑洞的物理条件,用以研究这个“黑洞”边缘的粒子究竟会呈现何种状态。

  实验室“黑洞”的边缘状态相当于真正黑洞的“视界”状态。斯登霍尔教授经反复实验后发现,制造声波的能量的确会从“黑洞”中“泄漏”出来,正如霍金预言的那样。

  无独有偶,美国密歇根州立大学的物理学和天文学教授克里斯·阿达米,及其合作伙伴加拿大渥太华大学的卡米尔·布拉德勒尔教授,设计了一种新的实验方法,可以让科学家在一段相当长的时间内观测黑洞的生命周期。

  两位科学家的实验表明,在黑洞“视界”后面(即黑洞内部)的信息和一切事物并不会被完全毁灭,相反,由于黑洞的“蒸发”(即热辐射),黑洞内的信息会缓慢“泄漏”出来。

  据报道,两位科学家的实验方法是将数学计算和高性能计算机机组结合起来,模拟出黑洞状态,用以检测“霍金辐射”。该实验的确检测到信息是何时进入及离开黑洞的。

  证实黑洞与辐射互动关系

  阿达米教授介绍说,根据以往的计算结果,黑洞包含的一切事物都消失了,这个想法“违背了我们珍视的物理规则,在有关黑洞蒸发的问题上制造了几个一直不能被解决的矛盾”。

  “争端一直没有停歇过,因为霍金的计算不能捕捉到‘霍金辐射’的影响。”阿达米教授说,“争端就在黑洞本身。”

  “物理学家推测,黑洞会随着时间的推移不断缩小,因为‘霍金辐射’会带走黑洞的质量。”阿达米教授说,“但是没有人能通过数学计算证实这一想法。”

  物理学界长期以来认为,当黑洞缩小到极微小状态时,黑洞中原本包含的全部量子信息不可能继续被包含在极小的黑洞中,也就是说,黑洞中的全部事物都会被毁灭。

  但是,三位科学家的研究却有力地反击了这种推测。他们并没有创造一项新的量子重力理论,他们只是用两组实验证实了霍金的预言。

  这两组实验可以使科学家完全理解黑洞和“霍金辐射”之间的互动关系。

  霍金今年或许如愿以偿

  据报道,在今年的锐思讲座(R eithlectures)中,霍金曾说如果“霍金辐射”理论能够被实验室制造的“微型黑洞”证实,他希望自己能够获得诺贝尔物理学奖。

  阿尔弗雷德·诺贝尔最初设立诺贝尔奖,是为了奖励那些“帮助人类”的各种发明,并未设立理论类奖项。

  目前,理论家如果要想获得诺贝尔奖,其理论推断必须得到实验的证实。

  例如,英国物理学家皮特·希格斯早在20世纪60年代就提出了“希格斯玻色子”(H iggsBoson)的推断,但直到2013年欧洲核子研究组织宣布用大型强子对撞机(LH C)探测到了这个被称为“上帝粒子”的基本粒子,希格斯才于当年获得了诺贝尔物理学奖。

  有鉴于此,霍金今年或许能够如愿以偿,获得诺贝尔物理学奖。

  特写

  我们的宇宙只是一幅全息图像吗?

  在霍金提出“黑洞辐射”理论之前,理论物理学界长期以来认为,如果黑洞死亡,黑洞包含的全部信息也会被毁灭。但根据“霍金辐射”理论,由于存在“黑洞辐射”,黑洞包含的信息会一点一点“泄漏”出去。

  从霍金的黑洞辐射理论出发,美国俄亥俄州立大学的萨米尔·马萨尔博士于2015年提出了一项奇特的“毛毛球理论”,该理论认为黑洞的边界并不会摧毁一切被黑洞吸入的事物,相反,黑洞会在其表面复制出一个并不完美的被吸入物。

  物理学家潘·高德尔评述说:“这一理论没有将黑洞视为杀手,而将黑洞看作某种仁慈的复制机器。”

  马萨尔博士于2003年首次提出他的怪异理论,认为黑洞虽然有边界,但这个边界有点“模糊”,就像是一个毛毛球。

  按照这一理论,被黑洞吸引的物体并不会“掉进”黑洞,而是掉在黑洞上面。

  由这一理论会推导出一个极为诱人的结论———它认同宇宙只是一幅全息图像的推断。

  宇宙全息图像论认为,在我们所不能见的比立体三维更高的维度上,存在着一个表面,该表面包含一切用以建立三维物体的信息,也就是包含建构我们宇宙的全部信息。

  换句话说,从根本上来看,我们的宇宙只是一幅全息图像,而宇宙的“真正”版本却隐藏在高维度的平面中。

  所谓“真正”的宇宙,就是由黑洞辐射泄漏的信息构成的,我们的宇宙只是这个“真正”宇宙投射的幻象。

  名词解释

  什么是“黑洞”

  在我们银河系中心区域,存在着密度极高的巨大黑洞,其质量是太阳的数十亿倍。

  由于银河系中心区域的黑洞极为巨大,其巨大的引力将周围的尘埃和气体紧紧吸住。

  科学家认为,我们银河系的各种星体以螺旋状围绕银河系中心旋转,就是因为受到了黑洞巨大引力的吸引。不过,科学家对于黑洞究竟是如何形成的一直存在分歧。

  天文学家长期以来倾向于认为,银河系中心的巨大黑洞是由比太阳大10万倍的气态星云形成的,该气态星云燃料耗尽之后,因自身重力而不断坍缩,最后形成一个黑洞。

  当类似的黑洞一个一个结合起来,就形成了银河系中心巨大的黑洞。

  天文学家也认为,比太阳质量大100倍的巨大恒星在燃料耗尽之后不断坍缩,最终也能形成一个巨大的黑洞。

  什么是“黑洞辐射”

  1974年,霍金宣称黑洞应该有能力发出热辐射,即释放亚原子的粒子,最后完全耗尽自身的能量。科学界将这种黑洞辐射称为“霍金辐射”。

  “霍金辐射”理论的提出,意味着黑洞并不是完全“黑暗”的,并且黑洞也不会永远存在。

  霍金解释说,一个黑洞周围巨大的引力场会导致黑洞产生“对偶”的粒子,即粒子和反粒子。根据量子理论,在真空中粒子和反粒子是不断产生的。

  根据“霍金辐射”理论,如果在黑洞的边缘即“视界”产生了粒子和反粒子,那么有些活跃的粒子有可能摆脱黑洞的巨大引力而逃离,这就是霍金所说的“黑洞热辐射”。那些不太活跃的粒子可能最终因黑洞的巨大引力而被黑洞吞噬。

  根据“霍金辐射”理论,由于黑洞辐射的存在,黑洞会慢慢地失去质量,最终消亡。

  本文编译:何三变

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