我們或許可以驗證黑洞的霍金輻射現象瞭

2017年,兩個中子星之間的史詩級大碰撞,簡直就是世界送給物理學傢的超級大禮包。當中子星合並時,引力波在整個宇宙中蕩漾開來。現在,引力波的回響可以證實一個數十年前關於黑洞的假說。

研究引力波數據的天文學傢認為,他們已經發現瞭回聲的證據——隻有在存在霍金輻射產生的“量子模糊”的情況下才會發生回聲。

加拿大滑鐵盧大學的天文學傢兼物理學傢尼亞耶什·阿夫索迪說:“根據愛因斯坦的廣義相對論,物質一旦越過瞭黑洞的事件視界,便無法逃脫。這一度是天經地義的看法,直到史蒂芬·霍金借助量子力學推導出黑洞存在蒸發現象,即量子漲落導致部分粒子從視界處逃逸,我們現在將其稱為霍金輻射。”

黑洞最為人所知的特性就是其極強的引力。它如此強大,以至於在廣義相對論的框架下,一旦越過瞭視界,任何東西都無法達到逃逸速度。甚至宇宙中最快的——電磁輻射——都無法逃脫。

但是量子力學可以提供廣義相對論無法解釋的細節。根據霍金在1974年提出的思想,當引入量子力學後,黑洞確實會釋放某些東西。理論上,逃逸而出的電磁輻射看起來就像由加熱物體產生的光譜,遵循黑體輻射規則,僅從這一角度,它相當於由黑洞的超大質量引發的超低能量波。

這種輻射的存在意味著黑洞正在緩慢蒸發,解決瞭黑洞的信息悖論。但是,就像直到幾年前我們才記錄到引力波一樣,到目前為止,霍金輻射的效應還是太微弱瞭,無法被人類察覺。

實驗室制造的黑洞比擬物似乎表明霍金輻射是真實的。現在,引力波或可改變這一局面。因為如果霍金輻射是真實的,那麼在事件視界的外部應該存在量子“模糊”,而這種模糊會產生引力波回聲。

阿夫索迪說:“直到最近發現引力波,科學傢才能用實驗確定,是否有物質逃出黑洞。如果黑洞周圍確實存在霍金輻射引發的量子模糊,引力波可能會被阻擋反彈,這將在主要引力碰撞事件之後產生較小的引力波信號,類似於重復回波。”

這就是阿夫索迪和他的同事、德國馬克斯·普朗克重力物理研究所的宇宙學傢賈赫德·阿貝迪認為可以在重力數據中檢測到的東西。他們說,他們的結果與霍金輻射的模糊黑洞模型預言的模擬回波相匹配。

但是請註意。去年對GW 150914的引力波數據進行的分析——首次引力波檢測——並未發現霍金輻射的證據。

此外,去年的另一項研究對迄今收集到的所有引力波信號進行瞭協調分析,以尋找回波以及霍金輻射的證據。結果發現“沒有統計學意義上的證據”。

實際上,我們的儀器仍可能不夠靈敏,無法檢測到霍金輻射。同時阿夫索迪承認,他們檢測到的信號實際上有可能隻是數據中的噪音。

確認的方法是在其他數據集中找到相似的信號。

阿夫索迪說:“現在科學傢知道應該尋找什麼,我們可以找更多的例子,並對這些信號進行更可靠的分析。這樣的確認是首次以直接的方式探究時空的量子結構。”

該研究已發表在《宇宙學與天體物理學期刊》上。

Published in 科普 by Awesome.

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