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物理学家创造声音黑洞研究霍金辐射

发布时间:2020-03-23 13:57:11 阅读: 来源:旋塞阀厂家

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,以致于连光都没法逃离它的表面。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,使其没法逃离。这类声音 黑洞转瞬即逝,不过他们依然希望能借此观察到神秘的“霍金辐射”(Hawkingradiation),霍金提出,宇宙中的黑洞会发出辐射,但是这类辐射很难观测到。

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资态——玻色-爱因斯坦凝聚态实现了这1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1特殊的凝 聚态。这类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,使之到达超音速。这 样一来,凝聚体的某些部份以超音速活动,而其他部份的流速则是亚音速。

借助大直径激光,科学家们能够构建电势,并将部份凝聚态物资加速至超音速。技术人员已证明,采取这类技术,能使这类凝聚态物资的速度到达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1定律认为流体速度不能超出音速。”一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1限制。”

在这个实验中,凝聚态物资被分成两部份,一部分的流速大于音速,而其余部份小于音速,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,凝聚态的物资密度远小于亚音速流一侧。科学家解释这1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 们最少能让这一“视界”在崩溃前保持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微米的波戈留夫激起。波长非常短的激起将可以逃逸,而波长擅长这1数值范围的激起本身就没法存在于这1超音速流部份。

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,黑洞可能会发出少许的热辐射。这类辐射将使黑洞收缩并终究完全蒸发消失。但到目前为止,想要探测到这类辐射依然极具挑战性。

为了观测到声音黑洞的霍金辐射效应,需要具有许多条件。比如受困的激起需具有负能量。对这一点,技术人员已找到了解决办法。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份,受激起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。相信在未来这类声音 黑洞将会帮助科学家们首次目击霍金辐射的情形。

实验室中创建的声音黑洞(图象版权:Oren Lahav, et al.)

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