物理學(xué)家在實驗室里模擬了一個黑洞，然后它開始發(fā)光。

一個黑洞模擬可以告訴我們一兩件事，理論上由真實事物發(fā)出難以捉摸的輻射。

2022 年，一組物理學(xué)家使用單列原子鏈來模擬黑洞的事件視界，觀察到了相當(dāng)于我們所說的霍金輻射– 由黑洞在時空中破裂引起的量子漲落擾動產(chǎn)生的粒子。

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

為了一個可以普遍應(yīng)用的統(tǒng)一量子引力理論，這兩個不相溶的理論需要找到一種方法來以某種方式相處。

這是黑洞出現(xiàn)——可能是宇宙中最奇怪、最極端的天體。這些大質(zhì)量天體的密度非常大，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。甚至沒有光速。

那個距離，不同根據(jù)黑洞的質(zhì)量，稱為事件視界。一旦一個物體越過了它的邊界，我們只能想象會發(fā)生什么，因為沒有任何東西會帶回關(guān)于它命運的重要信息。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導(dǎo)致一種與熱輻射非常相似的輻射類型。

如果這種霍金輻射存在，那它對我們來說太微弱了，還無法檢測到。我們可能永遠無法從宇宙的嘶嘶作響的靜電中篩選出來。但我們可以探測其屬性通過創(chuàng)建黑洞類似物在實驗室環(huán)境中。

這以前已經(jīng)做過，但在 2022 年 11 月，荷蘭阿姆斯特丹大學(xué)的 Lotte Mertens 領(lǐng)導(dǎo)的一個團隊嘗試了新的東西。

一維原子鏈作為電子從一個位置“跳躍”到另一個位置。通過調(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。

該團隊表示，這個虛假事件視界的影響產(chǎn)生了溫度升高，這與等效黑洞系統(tǒng)的理論預(yù)期相符。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幅度內(nèi)是熱的，并且在模擬開始時，模擬一種被認為是“平坦”的時空。這表明霍金輻射可能只是在一定情況下，并且當(dāng)時空扭曲因引力而發(fā)生變化時。

目前尚不清楚這對量子引力意味著什么，但該模型提供了一種研究霍金輻射在不受黑洞形成的狂野動力學(xué)影響的環(huán)境中出現(xiàn)的方法。而且，研究人員說，因為它非常簡單，它可以在各種實驗裝置中發(fā)揮作用。

“這可以為在各種凝聚態(tài)設(shè)置中探索基本量子力學(xué)方面以及引力和彎曲時空開辟一個場所，”研究人員寫道.

該研究已發(fā)表在物理評論研究.

本文的一個版本于 2022 年 11 月首次發(fā)布。

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