物理學家在實驗室模擬黑洞，然後它開始發光
2022年，一組物理學家使用單排原子鏈來模擬黑洞的事件視界，觀察到了相當於我們所稱的「霍金輻射」——由黑洞在時空中的中斷所引起的量子波動中的粒子。
他們認為這項研究可能幫助解決兩種現有描述宇宙的理論之間的衝突：一是廣義相對論，它將重力視為時空的一種連續場；另一是量子力學，這是用概率數學來描述獨立粒子的行為。為了創建一個普遍適用的量子重力統一理論，這兩種目前不相融的理論需要找到一種相互融合的方法。
所以，接下來就是黑洞登場的地方——黑洞可能是宇宙中最怪異、最極端的物體。這些巨大的物體密度極高，以至於在黑洞質心一定距離內，宇宙中沒有任何速度足以逃逸——即使是光速也不行。
這個距離，根據黑洞的質量而有所不同，被稱為「事件視界」。通俗點來說，就是一旦物體越過其邊界，我們只能想像會發生什麼，因為沒有任何東西帶回有關其命運的重要信息。但在1974年，斯蒂芬·霍金提出，事件視界對量子波動的中斷會產生一種非常類似於熱輻射的輻射。
如果霍金輻射存在，它對我們來說還太微弱，無法檢測。我們可能永遠無法從宇宙的嘶嘶靜電中篩選出它。但我們可以通過在實驗室環境中創建黑洞類比來探究其特性。
這在以前已經做過，但在2022年11月，阿姆斯特丹大學的Lotte Mertens領導的團隊嘗試了一些新方法。
模擬實驗環境相對單純 霍金輻射只在特定幅度跳躍
物理學家們利用特定的一維原子鏈來模擬電子在不同位置之間的「跳躍」。通過調整這些跳躍的難易程度，他們成功地創造了一種模擬黑洞事件視界的情況，這種情況下，電子的波動性質受到干擾。
這個實驗中創造的假事件視界產生了一種效應，導致溫度升高，這與理論中對等效黑洞系統的預期相符合。不過，這種現象只發生在原子鏈的一部分延伸到事件視界之外的情況下。
這一發現暗示，跨越事件視界的粒子之間的糾纏可能在產生所謂的霍金輻射中起著關鍵作用。在模擬實驗中，這種霍金輻射只在特定的跳躍幅度範圍內，並且在模擬開始時假設時空是「平坦」的情況下才呈現熱輻射特性。這表明，霍金輻射可能只在特定情況下才會呈現熱特性，特別是在重力導致時空扭曲發生變化的情況下。
這對於理解量子重力的意義還不完全清楚，但這個模型提供了一種方法，可以在不受黑洞形成過程中複雜動力學影響的環境中，研究霍金輻射的出現。由於該模型相對簡單，它可以應用於多種實驗設置中，為研究人員提供了寶貴的研究工具。
「這可以為在各種凝聚態環境中探索基本量子力學方面的問題開闢一條途徑，同時還涉及重力和彎曲的時空，」研究人員寫道。
這項研究已發表在《物理評論研究》期刊上。
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首圖來源：(© Odd Feed) ccBY4.0
圖片來源：wiki ccBY4.0
參考論文:
1.Thermalization by a synthetic horizon.Physical Review Research.
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