科學家在實驗室模擬「聲學黑洞」，有望驗證霍金輻射
測量黑洞的溫度原先一直被認為是不可能的任務，但以色列研究團隊近日發表的一項研究顯示，他們已成功達成此目標。但該團隊量測的不是真正的黑洞，而是在實驗室中創造的聲學黑洞（sonic black hole），這種黑洞困住的是聲波而非光。
聲學黑洞
為了製造出模擬黑洞的聲學黑洞，研究團隊使用銣（rubidium）這種超冷原子，將其降溫至玻色－愛因斯坦凝態（Bose-Einstein condensate）的狀態。此時，聲音會被困住無法逃離，如同黑洞困住光子一般。在先前的實驗中，該團隊已發現霍金輻射的訊號，但尚無法量測其溫度。
若該團隊的實驗結果為真，將能驗證天文學家史蒂芬·霍金（Stephen Hawking）提出的黑洞理論。霍金指出，黑洞在其邊緣不斷創造出新的粒子，這些粒子被稱為霍金輻射（Hawking Radiation）。
霍金輻射
根據量子理論，真空中會不斷產生一對粒子，並相互抵銷而消失在真空中。而霍金的黑洞理論表示，當此種真空中出現的粒子對出現在黑洞邊緣時，一個粒子會掉入黑洞中，因此另一個粒子會離開黑洞，而形成不斷由黑洞散發出來的霍金輻射。而在實驗室的模擬黑洞也發生類似的情況，在聲學黑洞的周圍會生成聲子對，其中一個聲子會落入黑洞中，另一個聲子則能脫離黑洞，如同霍金輻射一樣。
研究人員正是藉由測量這些逃離的聲子，得以測量到模擬黑洞的溫度，此黑洞的溫度約為 35 千億分之一克耳文（kelvin）。對此，以色列理工學院（Technion-Israel Institute of Technology）物理學家傑夫·史坦豪爾教授（Jeff Steinhauer）表示：「我們的發現與霍金理論的預測非常一致。」
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此外，此實驗結果也與霍金的預測一致，霍金輻射屬於熱輻射的形式，代表其粒子能量的發佈如同一般物體因熱散出的輻射一樣，例如電暖器的紅光。此性質與量子力學所提出的理論相違背。根據量子力學，宇宙中的「資訊」永遠不會被摧毀，即使粒子落入黑洞中也一樣。但若霍金輻射確實存在，也屬於熱輻射，代表隨著輻射不斷逸散，黑洞最後將會消失，且因其屬於熱輻射，這些粒子與一般發光物散發出的輻射沒有任何不同，因此無法辨認出任何差異。也就表示任何落入黑洞的粒子，最後將會失去其原本所帶有的「資訊」。
目前仍未有物理學家能夠解決黑洞資訊悖論（Black hole information paradox）的問題，目前普遍的共識是，此問題必須藉由解決當前物理學界中最困難的難題「量子重力」（quantum gravity）才能得知確切的結果。但因為這種模擬黑洞不是由重力所創造，因此這項研究無法協助回答這個難題。
參考資料：
- Conover, E. (2019, May 29). In a first, scientists took the temperature of a sonic black hole. ScienceNews
- Nova, J. R., Golubkov, K., Kolobov, V. I., & Steinhauer, J. (2019). Observation of thermal Hawking radiation and its temperature in an analogue black hole. Nature,569(7758), 688-691. doi:10.1038/s41586-019-1241-0
