“霍金辐射”理论证实:黑洞逐渐萎缩直至消失 不会永远存在

北京时间4月27日消息,据国外媒体报道,40年多前,英国著名物理学家史蒂芬-霍金提出了所谓的“霍金辐射”理论,即黑洞因为辐射而逐渐萎缩变小直至消失。“霍金辐射”是一项革命性理论,但是由于逃离黑洞的辐射过于捉摸不定,因此“霍金辐射”很难得以证实。近期,来自美国和以色列两个独立的研究团队发现了足以支持“霍金辐射”理论的明确证据,他们的发现或将帮助这位伟大的物理学家最终获得诺贝尔奖。

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在本年度的里思讲座中,霍金曾经表示如果这一理论能够得以证明,他有望获得诺贝尔奖。

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去年,以色列理工学院物理学家杰夫-斯坦豪尔在实验室中再造了黑洞环境,用于研究粒子在黑洞边界的行为。在实验中,斯坦豪尔发现形成声波的能量确实会从黑洞中泄露出来。

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研究人员将霍金辐射理论与数学工具及高性能计算机结合起来创建一个模型,用于显示各种信息进出黑洞时的情形。

长期以来,科学家们一直认为,当一个黑洞死亡时,其内部的一切事物也都将随之消亡。“霍金辐射”理论认为,黑洞应该有能力产生热量并释放亚原子粒子,直到它们能量完全耗尽,这一过程就是所谓的“霍金辐射”。霍金还指出,黑洞并不是完全黑暗的,它们也不会永远存在。

在1974年的声明中,霍金解释了黑洞周围的强大引力场是如何对粒子与反粒子之间配对的形成产生影响的,就像量子理论中真空中时时发生的情形那样。如果粒子恰好形成于黑洞表面外侧,那么粒子对中正粒子就有可能逃离。在观测中,它们可能是以热辐射的形式从黑洞发射出来。同时,反粒子则跌入黑洞之中。通过这种方式,黑洞逐渐损失质量。

去年,以色列理工学院物理学家杰夫-斯坦豪尔在实验室中再造了黑洞环境,用于研究粒子在黑洞边界的行为。这个边界其实就相当于黑洞表面。在实验中,斯坦豪尔发现形成声波的能量确实会从黑洞中泄露出来。这与霍金的预言相一致。近期,美国密歇根州立大学天文与物理学家克里斯-阿达米带领研究团队提出了一项新理论。根据这种新理论,他们可以对黑洞相当长的生命周期进行深入研究。研究人员认为,黑洞表面后方的各种信息及所有事物都不是立即消失,而是在黑洞蒸发的后期慢慢泄露出去。他们将霍金辐射理论与数学工具及高性能计算机结合起来创建一个模型,用于显示各种信息进出黑洞时的情形。

模拟与计算结果表明,一切都慢慢消失了。这一现象违背了物理学定律,许多关于黑洞蒸发的矛盾现象无法得以解释。阿达米表示,“这一问题从来没有得到解决,因为霍金的计算结果无法验证霍金辐射的效果。物理学家假设,随着霍金辐射带走黑洞所有的质量,黑洞会逐渐萎缩。但是,没有人能够通过数学计算来验证这一理论。”

长期以来,人们一直认为当黑洞萎缩到最小化时,其内部的一切事物都将消亡,因此所有的量子信息不可能隐藏于黑洞表面之后。阿达米等人的研究成果对这一传统观点提出了挑战。但是,阿达米和斯坦豪尔等人没有提出量子引力理论,他们只是采用霍金的理论。这样,他们就可以全面理解黑洞究竟是如何与霍金辐射交互的。阿达米解释说,“为了完成这项计算,我们不得不猜测黑洞是如何与自己周围的霍金辐射场交互的。这是因为目前还没有能够解释这种交互行为的量子引力理论。然而,实验证明我们做出了一个很好的猜测,因为在固定、不可变的黑洞界限中我们的模型与霍金理论相一致。”阿达米研究团队成员、渥太华大学科学家卡米尔-布拉德勒表示,“当然,我们的模型仅仅是一个模型。但是,我们能够证明黑洞与霍金辐射之间的任何量子交互都非常有可能与我们的模型具有同样的属性。”

关于黑洞物理学的证明,有一个著名的理论--“培基曲线”理论。“培基曲线”理论以加拿大阿尔伯塔大学物理学家唐-培基之名命名,培基曾经预言了这种可以呈现最初进入黑洞然后又离开黑洞的量子信息曲线。阿达米和布拉德勒通过初步计算再现了类似的曲线。在本年度的里思讲座中,霍金曾经表示如果这一理论能够得以证明,他有望获得诺贝尔奖。

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