@ 2020.02.14 , 12:00

我们或许可以验证黑洞的霍金辐射现象了

2017年,两个中子星之间的史诗级大碰撞,简直就是世界送给物理学家的超级大礼包。当中子星合并时,引力波在整个宇宙中荡漾开来。现在,引力波的回响可以证实一个数十年前关于黑洞的假说。

研究引力波数据的天文学家认为,他们已经发现了回声的证据——只有在存在霍金辐射产生的“量子模糊”的情况下才会发生回声。

加拿大滑铁卢大学的天文学家兼物理学家尼亚耶什·阿夫索迪说:“根据爱因斯坦的广义相对论,物质一旦越过了黑洞的事件视界,便无法逃脱。这一度是天经地义的看法,直到史蒂芬·霍金借助量子力学推导出黑洞存在蒸发现象,即量子涨落导致部分粒子从视界处逃逸,我们现在将其称为霍金辐射。”

黑洞最为人所知的特性就是其极强的引力。它如此强大,以至于在广义相对论的框架下,一旦越过了视界,任何东西都无法达到逃逸速度。甚至宇宙中最快的——电磁辐射——都无法逃脱。

但是量子力学可以提供广义相对论无法解释的细节。根据霍金在1974年提出的思想,当引入量子力学后,黑洞确实会释放某些东西。理论上,逃逸而出的电磁辐射看起来就像由加热物体产生的光谱,遵循黑体辐射规则,仅从这一角度,它相当于由黑洞的超大质量引发的超低能量波。

这种辐射的存在意味着黑洞正在缓慢蒸发,解决了黑洞的信息悖论。但是,就像直到几年前我们才记录到引力波一样,到目前为止,霍金辐射的效应还是太微弱了,无法被人类察觉。

实验室制造的黑洞比拟物似乎表明霍金辐射是真实的。现在,引力波或可改变这一局面。因为如果霍金辐射是真实的,那么在事件视界的外部应该存在量子“模糊”,而这种模糊会产生引力波回声。

阿夫索迪说:“直到最近发现引力波,科学家才能用实验确定,是否有物质逃出黑洞。如果黑洞周围确实存在霍金辐射引发的量子模糊,引力波可能会被阻挡反弹,这将在主要引力碰撞事件之后产生较小的引力波信号,类似于重复回波。”

这就是阿夫索迪和他的同事、德国马克斯·普朗克重力物理研究所的宇宙学家贾赫德·阿贝迪认为可以在重力数据中检测到的东西。他们说,他们的结果与霍金辐射的模糊黑洞模型预言的模拟回波相匹配。

但是请注意。去年对GW 150914的引力波数据进行的分析——首次引力波检测——并未发现霍金辐射的证据。

此外,去年的另一项研究对迄今收集到的所有引力波信号进行了协调分析,以寻找回波以及霍金辐射的证据。结果发现“没有统计学意义上的证据”。

实际上,我们的仪器仍可能不够灵敏,无法检测到霍金辐射。同时阿夫索迪承认,他们检测到的信号实际上有可能只是数据中的噪音。

确认的方法是在其他数据集中找到相似的信号。

阿夫索迪说:“现在科学家知道应该寻找什么,我们可以找更多的例子,并对这些信号进行更可靠的分析。这样的确认是首次以直接的方式探究时空的量子结构。”

该研究已发表在《宇宙学与天体物理学期刊》上。

本文译自 sciencealert,由译者 majer 基于创作共用协议(BY-NC)发布。


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