科學新知/「霍金輻射」理論 證實黑洞會消失

40年多前,英國著名物理學家史蒂芬·霍金提出了所謂的「霍金輻射」理論,即黑洞因為輻射而逐漸萎縮變小直至消失。

40年多前,英國著名物理學家史蒂芬·霍金提出了所謂的『霍金輻射』理論,即黑洞因為輻射而逐漸萎縮變小直至消失。

新浪科技據國外媒體報導,『霍金輻射』是一項革命性理論,但是由於逃離黑洞的輻射過於捉摸不定,因此『霍金輻射』很難得以證實。近期,來自美國和以色列兩個獨立的研究團隊發現了足以支援『霍金輻射』理論的明確證據,他們的發現或將幫助這位偉大的物理學家最終獲得諾貝爾獎。

長期以來,科學家們一直認為,當一個黑洞死亡時,其內部的一切事物也都將隨之消亡。『霍金輻射』理論認為,黑洞應該有能力產生熱量並釋放亞原子粒子,直到它們能量完全耗盡,這一過程就是所謂的『霍金輻射』。霍金還指出,黑洞並不是完全黑暗的,它們也不會永遠存在。

在1974年的聲明中,霍金解釋了黑洞周圍的強大引力場是如何對粒子與反粒子之間配對的形成產生影響的,就像量子理論中真空中時時發生的情形那樣。如果粒子恰好形成於黑洞表面外側,那麼粒子對中正粒子就有可能逃離。在觀測中,它們可能是以熱輻射的形式從黑洞發射出來。同時,反粒子則跌入黑洞之中。透過這種方式,黑洞逐漸損失質量。

去(2015)年,以色列理工學院物理學家傑夫·斯坦豪爾在實驗室中再造了黑洞環境,用於研究粒子在黑洞邊界的行為。這個邊界其實就相當於黑洞表面。在實驗中,斯坦豪爾發現形成聲波的能量確實會從黑洞中洩露出來。這與霍金的預言相一致。

近期,美國密歇根州立大學天文與物理學家克里斯·阿達米帶領研究團隊提出了一項新理論。根據這種新理論,他們可以對黑洞相當長的生命周期進行深入研究。研究人員認為,黑洞表面後方的各種資訊及所有事物都不是立即消失,而是在黑洞蒸發的後期慢慢洩露出去。他們將霍金輻射理論與數學工具及高性能電腦結合起來創建一個模型,用於顯示各種資訊進出黑洞時的情形。

類比與計算結果表明,一切都慢慢消失了。這一現象違背了物理學定律,許多關於黑洞蒸發的矛盾現象無法得以解釋。阿達米表示,『這一問題從來沒有得到解決,因為霍金的計算結果無法驗證霍金輻射的效果。物理學家假設,隨著霍金輻射帶走黑洞所有的質量,黑洞會逐漸萎縮。但是,沒有人能夠透過數學計算來驗證這一理論。』

長期以來,人們一直認為當黑洞萎縮到最小化時,其內部的一切事物都將消亡,因此所有的量子資訊不可能隱藏於黑洞表面之後。阿達米等人的研究成果對這一傳統觀點提出了挑戰。但是,阿達米和斯坦豪爾等人沒有提出量子引力理論,他們只是採用霍金的理論。這樣,他們就可以全面理解黑洞究竟是如何與霍金輻射交互的。

阿達米解釋說,『為了完成這項計算,我們不得不猜測黑洞是如何與自己周圍的霍金輻射場交互的。這是因為目前還沒有能夠解釋這種交互行為的量子引力理論。然而,實驗證明我們做出了一個很好的猜測,因為在固定、不可變的黑洞界限中我們的模型與霍金理論相一致。』阿達米研究團隊成員、渥太華大學科學家卡米爾·布拉德勒表示,『當然,我們的模型僅僅是一個模型。但是,我們能夠證明黑洞與霍金輻射之間的任何量子交互都非常有可能與我們的模型具有同樣的屬性。』

關於黑洞物理學的證明,有一個著名的理論-『培基曲線』理論。『培基曲線』理論以加拿大阿爾伯塔大學物理學家唐·培基之名命名,培基曾經預言了這種可以呈現最初進入黑洞然後又離開黑洞的量子資訊曲線。阿達米和布拉德勒透過初步計算再現了類似的曲線。在本年度的里思講座中,霍金曾經表示如果這一理論能夠得以證明,他有望獲得諾貝爾獎。

在本年度的里思講座中,霍金曾經表示如果這一理論能夠得以證明,他有望獲得諾貝爾獎。

要得諾貝爾獎!霍金輻射理論証實:黑洞會消失

去年,以色列理工學院物理學家傑夫·斯坦豪爾在實驗室中再造了黑洞環境,用於研究粒子在黑洞邊界的行為。在實驗中,斯坦豪爾發現形成聲波的能量確實會從黑洞中洩露出來。

要得諾貝爾獎!霍金輻射理論証實:黑洞會消失

研究人員將霍金輻射理論與數學工具及高性能電腦結合起來創建一個模型,用於顯示各種資訊進出黑洞時的情形。

要得諾貝爾獎!霍金輻射理論証實:黑洞會消失