物理學(xué)家在實驗室里模擬了一個黑洞。然后它開始發(fā)光。

一個黑洞模擬可以告訴我們一兩件事，關(guān)于理論上由真實事物發(fā)出的難以捉摸的輻射。

2022 年，一組物理學(xué)家使用單個文件中的原子鏈來模擬黑洞的事件視界，觀察到了相當于我們所說的霍金輻射– 由黑洞在時空中的斷裂引起的量子漲落擾動而產(chǎn)生的粒子。

他們說，這可能有助于解決目前描述宇宙的兩個不可調(diào)和的框架之間的緊張關(guān)系：廣義相對論，它將引力的行為描述為稱為時空的連續(xù)場;和量子力學(xué)，它使用概率數(shù)學(xué)描述離散粒子的行為。

對于一個可以普遍應(yīng)用的統(tǒng)一量子引力理論，這兩個不混溶的理論需要找到一種以某種方式相處的方法。

這是哪里黑洞進入畫面——可能是宇宙中最奇怪、最極端的物體。這些大質(zhì)量物體的密度如此之大，以至于在黑洞質(zhì)心的一定距離內(nèi)，宇宙中的任何速度都不足以逃逸。甚至沒有光速。

那段距離，不同根據(jù)黑洞的質(zhì)量，稱為事件視界。一旦一個物體越過它的邊界，我們只能想象會發(fā)生什么，因為沒有任何東西會返回關(guān)于它命運的重要信息。但在 1974 年，斯蒂芬·霍金提出由事件視界引起的量子漲落中斷會導(dǎo)致一種與熱輻射非常相似的輻射。

如果這種霍金輻射存在，那么它太微弱了，我們還無法探測到。我們可能永遠無法從宇宙的嘶嘶聲中篩選出它。但我們可以探測其屬性通過創(chuàng)建黑洞類似物在實驗室環(huán)境中。

以前已經(jīng)這樣做過，但在 2022 年 11 月，由荷蘭阿姆斯特丹大學(xué)的 Lotte Mertens 領(lǐng)導(dǎo)的一個團隊嘗試了一些新的東西。

一維原子鏈作為電子從一個位置“跳躍”到另一個位置。通過調(diào)整這種跳躍發(fā)生的難易程度，物理學(xué)家可以使某些特性消失，從而有效地產(chǎn)生一種干擾電子波狀性質(zhì)的事件視界。

研究小組說，這種虛假事件視界的影響導(dǎo)致溫度升高，這與等效黑洞系統(tǒng)的理論預(yù)期相匹配。但只有當鏈的一部分延伸到事件視界之外時。

這可能意味著糾纏跨越事件視界的粒子有助于產(chǎn)生霍金輻射。

模擬的霍金輻射僅在一定范圍的跳躍振幅下是熱的，并且在模擬下，模擬從模仿一種被認為是“平坦”的時空開始。這表明霍金輻射可能只在一定范圍內(nèi)是熱的，并且當時空因重力而發(fā)生變化時。

目前尚不清楚這對量子引力意味著什么，但該模型提供了一種方法來研究霍金輻射在不受黑洞形成的狂野動力學(xué)影響的環(huán)境中的出現(xiàn)。而且，由于它非常簡單，它可以在各種實驗設(shè)置中發(fā)揮作用，研究人員說。

“這可以為探索各種凝聚態(tài)環(huán)境中的引力和彎曲時空的基本量子力學(xué)方面開辟一個場所，”研究人員寫道.

該研究已發(fā)表在物理回顧研究.

本文的一個版本于 2022 年 11 月首次發(fā)布。

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