「霍金輻射」是正確的 科普:什麼是霍金輻射

2021-01-12 TechWeb

6月3日消息,據英國每日郵報報導,在第一張黑洞照片證實了愛因斯坦提出的理論之後,科學家開始驗證已故科學家史蒂芬·霍金的研究理論。

在《自然》雜誌上發表的一篇論文中,科學家表示,我們現已證實了霍金的同名理論——「霍金輻射」。該理論假設黑洞從其表面釋放的輻射是由量子物理和重力等多種因素作用下形成的。

為了驗證這一理論,以色列理工學院的科學家轉向聽起來非常瘋狂的科學實驗——在實驗室創造微型黑洞。

由於缺乏能夠遠距離觀測黑洞周圍輻射的科學設備,研究人員使用一種叫做「玻色-愛因斯坦」冷凝態量子材料來模擬黑洞。這種材料是使用雷射捕獲銣物質形成的,類似於黑洞,它會產生一個「不返回點」,除了不消耗光,該物質還會影響聲音。

同樣,像黑洞一樣,聲音作為光的替代物,在遇到「玻色-愛因斯坦」冷凝態量子材料時會有兩種選擇:一種是遠離該材料,另一種是進入該材料,然而一旦進入該材料就無法逃脫。

這項模擬結果與霍金預測完全一致,2016年,這些研究人員已經觀測到霍金輻射的初步證據,而他們的第二個證據,也就是當前進行的這項實驗能夠證實霍金輻射的一些特徵。

在另一項研究中,近期科學家首次成像一個黑洞,獲得黑洞第一張照片,目前科學家最新實驗表明,「霍金輻射」理論是正確的。

在這項最新觀測結果中,關於黑洞類似物熱光譜和產生波長的讀數,兩者都與霍金的預測相符。

研究人員指出,目前通過實驗可以證實霍金的計算都是正確的。我們的發現似乎也支持霍金關於黑洞悖論的理論,即黑洞消耗的物質是否完全消失。

黑洞悖論使廣義相對論與霍金關於量子物理學的發現產生對立,雖然相對論規定能量不能被摧毀,只能被轉移,但是霍金輻射似乎表明能量是可以被消除的。

如何調和這一矛盾仍然是理論物理學家們爭論不休的問題之一,至於霍金輻射,最新實驗為其存在提供了迄今最有力的證據,但仍然缺乏絕對證據,因為從來沒有人在實際黑洞中觀察到該現象。

研究人員表示,他們計劃繼續進行這項實驗,希望在科學分析真實情況之前,能夠更深入地了解輻射如何隨著時間變化。(新浪科技/葉傾城)

什麼是霍金輻射

霍金輻射,是一種關於黑洞的理論。其要旨是:黑洞會放出黑體輻射,這是由史蒂芬·霍金在1972年建立它的數學模型的。霍金輻射的理論能說明如何降低黑洞的質量而導致黑洞蒸散的現象。

霍金輻射(有時也稱為貝肯斯坦·霍金輻射 Bekenstein-Hawking radiation)是由英國物理學家史蒂芬·霍金(Stephen Hawking)所提出的解釋有關黑洞熱力學性能的理論預測。

一般我們認為,光線是不能從黑洞中逃脫出來的,所以從黑洞中製取雷射看起來有悖直覺。但從理論上講,應該會有一些粒子從黑洞的事件視界(event horizon)輻射出來,這就是著名的「霍金輻射」(1974年由霍金預言,但迄今仍沒有觀測到)。

相關焦點

  • 科學家首次在實驗室驗證了「霍金輻射」是正確的!
    霍金輻射示意圖1974年物理學家史蒂芬·霍金提出,當空間趨向絕對真空的過程中會產生虛粒子對,如果一個粒子對在黑洞附近形成這中輻射被稱為「霍金輻射」。霍金輻射從未在太空中被直接觀測到,因為以目前的科學技術還不可行。然而它可以在實驗室環境中進行演示,例如,使用玻色-愛因斯坦冷凝物、水波、極化子或光。
  • 霍金除了時間簡史,還有霍金輻射,不要再說霍金沽名釣譽
    文/科學新視界,百家號首發,轉載請註明來源於百家號人人知道霍金,但是可能很多人連他的《時間簡史》都沒看過,但時間簡史這本書更大的意義是對科普的貢獻,他讓更多的普通人了解科學,關心科學了。今天我們就說說霍金的學術貢獻——霍金輻射。
  • 「霍金輻射」理論是正確的!科學家創造微型黑洞證實
    在《自然》雜誌上發表的一篇論文中,科學家表示,我們現已證實了霍金的同名理論——「霍金輻射」。該理論假設黑洞從其表面釋放的輻射是由量子物理和重力等多種因素作用下形成的。為了驗證這一理論,以色列理工學院的科學家轉向聽起來非常瘋狂的科學實驗——在實驗室創造微型黑洞。由於缺乏能夠遠距離觀測黑洞周圍輻射的科學設備,研究人員使用一種叫做「玻色-愛因斯坦」冷凝態量子材料來模擬黑洞。
  • 實驗證實「霍金輻射」是正確的
    1974年2月,一場關於量子引力的研討會在牛津附近的盧瑟福實驗室召開,史蒂芬·霍金·在這次會議上宣布了自己的新發現,他的演講採用了一個爆炸性的標題:「黑洞會爆炸嗎?」霍金的觀點足以顛覆當時的黑洞物理學,因為根據原來對黑洞的的定義,黑洞吞噬一切,但不釋放出任何物質或者輻射,也永遠不會消失。
  • 霍金是對的!科學家稱:在實驗室創造的「黑洞」證實了霍金輻射
    在第一張黑洞圖片證實了愛因斯坦提出的理論之後,輪到已故科學家史蒂芬·霍金為他畢生的部分工作辯護了。在《自然》雜誌上發表的一篇論文中,科學家們表示,他們已經證實了霍金的同名理論——霍金輻射。霍金輻射假設,由於量子物理和引力的不同因素,黑洞從表面發出輻射。為了驗證這一理論,以色列理工學院的科學家們轉向了聽起來很瘋狂的科學:創造他們自己的黑洞。
  • 黑洞的非熱輻射與熱輻射,彭羅斯與霍金
    因為他是霍金的重要搭檔,因此很多人為霍金感到可惜,如果霍金還在世的話,那麼他肯定也能獲得諾貝爾獎。那麼,如果我告訴你,黑洞也會發出輻射,你是不是覺得前後矛盾了?事實上,黑洞存在著非熱輻射和熱輻射,而這兩者分別與彭羅斯和霍金的理論相關。
  • 科學家通過實驗,證明了了霍金輻射的正確性,它有什麼用?
    不過,偉大的物理學家霍金對此提出了不同的觀點,霍金認為黑洞並不只是一味地索到物質,它同樣還會向外發射物質,這個理論被人們稱為霍金輻射。霍金輻射提出後,很多人對此不以為然,認為黑洞是不會向外輻射物質的,它就是吸塵器,只能不斷吞噬物質。可是有一些科學家仍然支持著霍金的觀點,也認同黑洞是會輻射物質,這種輻射最終會從黑洞吸走足夠的能量和質量,使黑洞消失。
  • 第一張黑洞照片能證實霍金輻射嗎?
    第一張真實的黑洞照片已經公布出來,但這並不能證實霍金輻射,與霍金的研究沒有關係,真正有關係的是愛因斯坦。而且霍金已經去世,無論以後如何證明霍金輻射的正確性,他也無法獲得諾貝爾物理學獎,因為這個獎項只頒給還在世的人。
  • 霍金輻射,被人們簡化了的計算,科普與真正的解釋
    1975年,霍金髮表了舉世震驚的研究結果:如果將量子論考慮進去,黑洞將有可能蒸散!
  • 科學家首次觀察到「霍金輻射」現象
    事實上,它們還會以量子輻射的形式,向外發射極其微弱的粒子。這一現象被命名為「霍金輻射」。近日,科學家首次在實驗室中觀察到了「霍金輻射」效應。黑洞常常被視作一種密度極大的天體,就連光線都無法從中逃脫。雖然黑洞的名字裡帶了一個「黑」字,但它們並不是全黑的。事實上,它們還會以量子輻射的形式,向外發射極其微弱的粒子。這一現象被命名為「霍金輻射」。
  • 黑洞存在霍金輻射,那麼黑洞蒸發完後是什麼?
    黑洞蒸發完後,就什麼都沒有了,全部轉化為之前的輻射物質。黑洞蒸發理論,是霍金在1972年提出來關於黑洞的理論;在廣義相對論中,黑洞視界只進不出,但是霍金通過量子力學發現,在黑洞視界處因為量子漲落導致的虛粒子對,會使黑洞向外輻射出正能粒子。
  • 霍金留給我們什麼?——霍金一生重要理論貢獻簡介
    著名科學家、科普作家史蒂芬·威廉·霍金(以下簡稱霍金)於去年2018年3月14日去世,享年76歲。這位在半個世紀前就被醫生判了死刑,說活不過兩年的天才科學家,帶著病軀又頑強的活了半個世紀,給人類科學和民眾科普留下了寶貴的財富。
  • 我們或許可以驗證黑洞的霍金輻射現象了
    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,解決了黑洞的信息悖論。
  • 第一張黑洞照片公布,證實了黑洞輻射,霍金是否可以得諾貝爾獎?
    霍金是著名的宇宙學家,雖然他已經去世一周年了,但是人們還是會時不時想起他,令人感到可惜的是,霍金生前沒有能夠一睹黑洞的真容。雖然在霍金的腦海中,或許早就已經有了黑洞的標準模型,但是如果能夠親眼所見的話,霍金也應該一生無憾了吧,畢竟霍金也是黑洞標準模型的積極建造者,科幻大片《星際穿越》中的黑洞假想模型,就是由霍金及其好友也就是諾貝爾物理學獎得主基普·索恩作為科學顧問參與製作完成的。
  • 又一個公式誕生,能夠計算出黑洞視界上的霍金輻射,霍金又對了!
    物理學家開發出了一個公式來計算黑洞視界上的霍金輻射,這使得物理學家可以確定:通過對愛因斯坦的引力理論(廣義相對論)進行量子修正,這種輻射將如何改變。這位RUDN大學的物理學家與捷克共和國科學家安東尼娜·津海洛和茲登·霍金一起,在具有伸縮子的愛因斯坦-擴張子-高斯-波內特理論中:以一個四維、球對稱和漸近平坦的黑洞為背景
  • 科學家首次證實霍金輻射存在
    霍金的理論稱,黑洞應能發射亞原子粒子(被稱為霍金輻射),直至它們的能量被完全耗盡。道稱,在1974年的聲明中,霍金闡述了黑洞周圍的強大重力場如何影響粒子和反粒子的配對生成。  而根據量子理論,在虛無的太空中,這一幕隨時隨地都在上演。如果粒子是在黑洞的視界(即黑洞邊界)外創造出來的,那麼配對粒子中的正粒子可能會逃逸——即我們觀察到的黑洞發出的熱輻射,而負粒子可能會被拽回到黑洞中。
  • 進展 | 黑磷中的黑洞:費米子的高溫霍金輻射
    霍金輻射是黑洞因量子漲落向外輻射粒子的現象。它是理解量子力學與廣義相對論之間聯繫的關鍵。然而,在宇宙中,黑洞的霍金輻射因其極低的霍金溫度(納開爾文量級,遠低於微波背景輻射溫度)尚未被實驗證實。為了提高霍金溫度便於實驗觀測,人們提出了利用經典流體、量子流體、光纖等各種人工系統模擬黑洞及其輻射的方案。然而,到目前為止,玻色-愛因斯坦凝聚體中的聲學黑洞的納開爾文量級的霍金溫度依然很難被實驗觀測。光纖中的光學模擬黑洞也備受爭議。以上這些體系均是基於聲子、光子等玻色子體系。
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  • 首次在實驗室裡間接驗證了霍金輻射的真實性
    證據是間接的:物理學家證明黑洞模擬物具有溫度,而它是史蒂芬·霍金預言的著名現象——霍金輻射的必要先決條件。在廣義相對論的框架裡,黑洞是不可避免的。它的引力如此強烈,甚至光——宇宙中最快的東西——也無法逃逸。因此,廣義相對論下的黑洞不應存在電磁輻射現象。
  • 霍金輻射是什麼?科學家用「垃圾桶」和塑料球就能研究宇宙問題!
    你假設事情以某種方式運行,然後看看會發生什麼。 史蒂芬·霍金輻射 在這之間有很多步驟可以充分理解行星的形成,但這只是一個開始,它正在幫助我們了解一些很難直接觀察到的東西,從而繼續研究黑洞。