霍金輻射和盎魯效應之間的深刻內涵，值得物理人深究

導讀：霍金輻射和盎魯效應之間的深刻內容，值得物理人深究。

慣性還有一個不為大眾所熟知的效應，就是盎魯效應，也叫安魯效應，你聽過嗎？該效應說明，慣性真的不應該視為「簡單」的屬性。我將用通俗的語言，來為你解答為什麼會有盎魯效應出現。

安魯效應認為：一名加速運動的觀察者可以觀測到慣性觀察者無法看到的黑體輻射，即加速運動的觀察者會發現自己處在一個溫暖的宇宙背景中。用通俗講法來說，一名等加速度觀察者攜帶的溫度計，排除掉其他可能的溫度來源貢獻後，仍可測到一個不為零的溫度。

安魯效應首先由如下人士提出：史蒂芬·傅苓（1973年）、保羅·戴維斯（1975年）以及1976年在英屬哥倫比亞大學的威廉·安魯。所以有時候也稱為傅苓-戴維斯-安魯效應。

這個效應說得再通俗點，就是一個人如果是靜止的那麼他在真空中就感到寒冷，而一個人如果是處於加速運動狀態中，他就感覺真空是溫熱的。【這是思想實驗，因為沒有人能在真空中去做這個實驗】。這也是很多懷疑該理論的人著重批評的一個點，也就是說他們認為你無法測量該效應。因為該效應極其微弱，難以直接測量。要觀測真空加熱到1開爾文，觀察者的加速度必須達到最好火箭加速度的1017倍，所以是極其困難的，甚至不可能。但巴西聖保羅大學理論家Daniel Vanzella和同事認為，有可能通過研究電子輻射的光線檢測到最關鍵的物質——加速觀察者觀測到的光子霧。

我們來看看他們設計的實驗：假設你射出一束橫向穿越磁場的電子。基礎物理學表明電子會在場中繞圈。此時，施加一個垂直的電場給予電子向上的作用力。在轉圈的同時，這一束電子也會加速上升。這就定義了兩個參考坐標系。在加速上升坐標系中，電子在轉圈。在非加速的實驗室坐標系中，電子束的軌跡則是拉伸的螺旋形。

Vanzella和同事開始分析加速坐標系，其中假設繞圈的電子遇到光子霧。電子既吸收光子也會向霧中輻射光子。奇怪的是，無論加速坐標系中電子吸收還是釋放光子，在實驗室坐標系中電子都是輻射光子。研究人員在近日發表在《物理評論快報》的論文中提到，能使用相對論預測實驗室坐標系中輻射光子的光譜。

Vanzella表示，他們計算出在實驗室坐標系中，釋放光子的光譜應該指示出有額外的長波，但前提是加速坐標系中一開始就有光子霧。粗略來講，加速坐標系中的光子霧加熱了電子，使其在實驗室坐標系中釋放了更多光子。因此，該實驗提供了一種測試盎魯效應存在與否的方式：觀察實驗室坐標系中額外的長波光子，就能知道加速坐標系空間充滿了光子。

懷疑者稱這個實驗不會成功，但理由不同。德國哥廷根大學理論家Detlev Buchholz表示，如果能正確分析這種情形，加速坐標系中根本不會有光子霧，「盎魯效應根本不存在」他說。不過，Buchholz還稱，真空相對加速觀察者的確會變熱，但卻是因為量子不確定性和加速之間的相互作用引起的摩擦力。因此，這一實驗可能會顯示期望的結果，但不會揭示加速坐標系中假想的光子霧。

相反，美國路易斯安那州立大學理論家Robert O』Connell卻堅稱，在加速坐標系中存在光子霧。不過，他認為不可能從霧中抽取能量，產生實驗室坐標系中的額外輻射。O』Connell引用了一點基礎物理知識——漲落耗散定理，該定理是指與熱環境相互作用的粒子從環境中吸取多少能量，就會相應地釋放多少能量。因此，他認為，盎魯的光子霧的確存在，但該實驗無論怎麼都不會產生期望的信號。【實驗內容來源科學網】

上面的實驗看著很複雜，其實很好總結，相信該效應存在的人，設計了一個「加速」系統，如果看到了光子霧，那麼就會認為該效應存在。而反對的人，認為即使出現了光子霧，也可能是摩擦作用產生的，和「加速」沒有關係。還有一種觀點認為光子霧存在，但不會觀測到實驗期望的數值。

如果你來回答，你會怎麼解釋？思考半小時再往下看。你得從這幾個點去回答。

第一點：前面的章節，我們提到過真空不空，列了好幾條真空不空的支撐點。既然真空不空，那麼真空與加速物體的摩擦效應就不能被忽視。而且你肯定知道，時空是可以彎曲的，這說明時空無論是真空還是不真空，它都是有「硬度」的，不是你腦海中以為的軟乎乎的那樣。所以物體在時空中加速運動，或者勻速運動，都是緊緊貼著時空的，懂了嗎？所以摩擦作用肯定不能排除。

第二點：溫度是一個什麼概念，你一定要清楚。溫度是一個有統計學意義的概念，微觀上來講是物體分子熱運動的劇烈程度表現。可以把它朝著「熵」的方向去理解，因為熵也是具有統計學意義的一個概念。從熵增角度理解，一個處於「加速」運動的物體，所表現出來是逆熵；而一個處於靜止或者勻速運動的物體是會慢慢走向熵寂，即走向寒冷。所以「加速」運動的物體一定是在「加熱」系統。

第三點：從運動的角度講，靜止狀態和勻速運動狀態都是相對的，而加速運動，是絕對運動狀態。只有它是絕對運動的情況下，等效原理才是靠譜的。這點無比重要，你要細心體會。

等效原理：等效原理是廣義相對論的第一個基本原理，其基本含義是指重力場與以適當加速度運動的參考系是等價的。

所以到這裡，你如果物理嗅覺敏感的話，就能發現，加速度得和引力聯繫起來，而加速度又和慣性有關。同時我們已經知道了，慣性質量嚴格相等於引力質量，這就是很有意思了。愛因斯坦就是思考了這個有意思的點，才打通了廣義相對論的「任督二脈」。上面為什麼說等效原理是廣義相對論的第一個基本原理？你理解了嗎？是因為另一個廣義相對性原理，就是根據等效原理來的。這個順序是絕對不能倒過來的！你再讀讀：愛因斯坦在深入分析引力質量同慣性質量等價的基礎上，提出引力場與加速度場局域等效的概念；將狹義相對論中慣性運動的相對性推廣到加速運動，得到廣義相對性原理。把握相對中的「絕對」是什麼？立刻回答！是「加速度運動」！

而給我的啟示是什麼呢？引力和慣性是什麼關係？讀了前面的章節，大家都知道答案了：引力是慣性的源泉。也就是說慣性是由於引力才產生的。相對論這部分知識，後面還會陸續科普，現在我們繼續回到盎魯效應這裡來。

上面的實驗的一個細節說：「Vanzella表示，他們計算出在實驗室坐標系中，釋放光子的光譜應該指示出有額外的長波，但前提是加速坐標系中一開始就有光子霧。」

這個不難理解，我剛才說靜止和勻速運動是相對的，加速運動是絕對的。事實上在現實宇宙環境中靜止和勻速運動，以及慣性系是不存在的，我們通常說的慣性系，也只能是近似慣性系。絕對的慣性系，只能存在於我們的大腦中，而在現實中不存在。所以絕對「加速度」運動是絕對存在的，這樣在加速坐標系中一開始就有「光子霧」就是非常合理的，沒有才是不正常的！

還有人認為盎魯效應和霍金輻射緊密相連。霍金輻射是以量子效應理論推測出的一種由黑洞散發出來的熱輻射。通俗講是這樣的：根據海森堡測不準原理，在真空中會瞬間憑空且自然地產生許多粒子-反粒子（虛粒子）對，並且在極短的時間內成對湮滅，在宏觀上沒有質量產生。

雅可夫·鮑裡索維奇·澤爾多維奇、雅各布·貝肯斯坦和史蒂芬·霍金等物理學者將量子力學和廣義相對論結合起來，結果顯示視界的溫度並非是零，而且還會發光，雖然極其微弱。這種光就是所謂的「霍金輻射」；當成雙成對的粒子——如電子和正電子，或一對光子——在強烈的引力場中被製造出來時，其中一個粒子會墜入黑洞，另一個會逃離，從而產生這種輻射。

如果一個粒子對在黑洞附近形成，由於黑洞的引力場很強，導致配對誕生的正反粒子被扯開，有可能有一個跌入事件視界，而另一個沒有，從而被黑洞的引力提升成實粒子。但這樣就違反了能量守恆定律，所以另一個粒子的質量一定是從黑洞本身的質量而來——這就是黑洞釋放輻射的一個簡化解釋。

而把盎魯效應和霍金輻射聯繫起來，是因為有人把盎魯效應也叫盎魯輻射，這回你懂了吧。

甚至認為霍金輻射與盎魯輻射其實是同一種效應在不同條件和不同坐標選擇下產生的不同結果(應用等效原理）。並且貼出了盎魯輻射熱平衡時的溫度為

， 對比一下一個史瓦西黑洞的溫度

,兩個公式都出現了玻爾茲曼常數和普朗克常數，在真空中加速中出現了加速度a，在引力場中則代以黑洞質量和牛頓引力常數，利用等效原理，加速度和在引力場中是一樣的。因此如果盎魯效應被證實，也等同於霍金輻射被證實。你贊同這個觀點嗎？

顯然它們是有聯繫的，從真空，從測不準原理以及熵增方向都可以看到這一點。但很明顯，盎魯效應存在是合理，也是比較好證明的，難度大概和測量引力波類似；而霍金輻射，根據霍金輻射的描述可以理解為一種自相互作用，所以要檢測到難上加難，難度係數和尋找引力子類似。

而且芝加哥大學研究人員做了一個物質場的實驗觀察，該物質場的熱波動與盎魯輻射預測一致，其研究發現發表在《自然物理》上，為探索彎曲時空中量子系統的動力學開闢了新可能性。開展這項研究的研究人員之一Cheng Chin：我們一直在研究一種叫做玻色煙火的新量子現象，這是我們兩年前發現的，與一種叫做盎魯輻射的引力現象之間隱藏的聯繫。在實驗中，Chin和同事們準備了6萬個銫原子，並將它們冷卻，然後開始對磁場進行調製。在調製後幾毫秒，觀察到原子在各個方向的熱發射。為了確定原子的熱分布，研究人員收集了大量的樣品，結果表明原子數的波動與熱玻爾茲曼分布密切相關，從這些圖像中提取的溫度非常符合盎魯的預測。除了熱分布，他們還觀察了物質波發射的時空相干性。相干性是量子力學的重要特徵，揭示了盎魯輻射起源於量子力學。從本質上說，Chin和同事使用非慣性框架下的量子物理模擬框架觀察了物質波場。觀察到這種物質波的波動，以及長程相位相干性和它的時間相干性與盎魯預測一致。這意味著描述引力的廣義相對論和量子力學在這裡是「一致」的。

我給大家再舉一個通俗的例子，說一個人被催眠了，催眠師暗示他此刻左手的溫度很燙，燙得像開水，結果去測量左手溫度明顯高於右手，你知道是為什麼嗎？我們今天不討論這個問題的為什麼，我們知道如果真的左手溫度變高了，那麼一定是身體機能調動「能量」給到了左手，這是顯而易見的。同理，如果一個加速的物體表現出盎魯效應，那它一定是從時空中「借」到了能量。同樣霍金輻射也是，黑洞吞噬能量，再以另一種輻射形式發散出去，所以從大的哲學層面講，這種情況是統一的，那就是逆熵總是伴隨著熵增。

大家看到了「輻射」，要想到量子力學，而盎魯效應和引力能聯繫上，所以其實引力量子化，就是時空量子化。只有這樣的體系，才能最終和量子力學融洽。

總結：盎魯效應存在，盎魯效應的「溫熱」能量來自於時空本身。準確的說是物體與時空的相互作用——「引力盎魯效應」。【這個詞是我臨時想的，因為找不一個現有的詞彙。】為什麼叫引力引力盎魯效應？很明顯，時空和這個引力盎魯效應有關係，而引力的本源是時空！引力又是慣性的本源，所以叫引力盎魯效應。提示大家，去從時空高度去看問題，理解物理效應。要深深地知道空間，時間，物質是一體的。

興趣閱讀：你就是下一個居裡夫人！分享居裡夫人的三句話。

她說過：「我們生活似乎都不容易，但是那有什麼關係？我們應該有恆心，尤其是要有自信心！」

她也說過：「生活中沒有什麼可怕的東西，只有需要理解的東西。」

她更說過：「榮譽就像玩具，只能玩玩而已，絕不能永遠守著它，否則就將一事無成。」

獨立學者，科普作家靈遁者科普書籍《變化》。最新補增收錄。