致敬!事實證明:霍金是對的!
黑洞,看起來係數平常的字眼,背後隱含的奧秘卻讓人敬畏。科學家關於黑洞的理論眾說紛紜。其中科普大神霍金先生的黑洞蒸發尤為著名。根據霍金先生的表述,黑洞其實並不黑,因為它並不只是一味地索取物質,而且他還會發射物質,這種理論被人稱為霍金輻射。
是的,這種想法可能有點異想天開,黑洞在人們眼中就像一個恐怖而巨大的吸塵器,沒有任何物質會逃脫它的吞噬,而異於常人的霍金對於這種觀點卻不以為然,霍金認為,黑洞是會輻射物質的,這種輻射最終會從黑洞吸走足夠的能量和質量,使黑洞消失。這一理論被普遍認為是正確的,但曾被認為幾乎不可能被證明。但是一項新的研究證明,霍金先生是對的!
首先,我們知道,黑洞所產生的引力是如此之大,甚至以光速運動的光子也無法逃脫。雖然空間真空通常被認為是空的,但量子力學的不確定性表明,真空中充滿了虛粒子,它們以物質-反物質成對的形式飛入或飛出。
尤其是正常情況下,當一對虛粒子出現後,它們會立即相互湮滅。然而,這些物質如果靠近黑洞旁邊,極端的重力會把粒子們拉開,當另一個粒子射入太空時,一個粒子被黑洞吸收。被吸收的粒子具有負能量,這降低了黑洞的能量和質量。吞下足夠多的這些虛擬粒子,黑洞最終會蒸發。逃逸的粒子被稱為霍金輻射。由於這種輻射非常微弱,所以我們現在不可能在太空中觀測到它,但物理學家已經想出了非常有創意的方法在實驗室中測量它。
位於海法的以色列理工學院的物理學家傑夫·施泰因豪爾和他的同事們用一種叫做玻色-愛因斯坦凝聚的極冷氣體來模擬黑洞的視界,黑洞有一個看不見的邊界,任何東西只要到了視界之內都無法逃脫。科學家們製造了一對正在在流動的氣流中,他們放置了一個落差,形成了一個氣體的「瀑布」;當氣體流過瀑布時,它將足夠的勢能轉化為動能,使其流動速度超過音速。這就像你試圖逆流而上,水流比你游得還快。你會覺得自己在前進,但實際上是在後退。這類似於黑洞中的光子試圖離開黑洞,但卻被引力以錯誤的方式吸引。
霍金預測,被發射粒子的輻射將是波長和能量的連續光譜。他還說,它可以用一個溫度來描述,這個溫度只依賴於黑洞的質量。最近的實驗證實了聲波黑洞的這兩種預測。
然而研究員帕倫塔尼強調,這項研究是「一個漫長過程中的一步」。特別是,這項研究沒有顯示聲子對在量子水平上是相關的,這是霍金預測的另一個重要方面,但是有了霍金輻射的理論就能說明如何降低黑洞的質量而導致黑洞蒸散的現象。因為視界之外的粒子是帶有質量的真實粒子,由質量和能量守恆定律,視界之內被黑洞吞噬的粒子有負質量,所以黑洞的質量會因為這樣的作用而減少,也就是說霍金先生是對的!
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