作者:孝文 来源:新浪科技 发布时间:2009-6-19 13:50:52
选择字号:
以色列物理学家创造人造声音黑洞

这个人造黑洞能够产生世界上第一个可探测的霍金辐射
 
据英国《新科学家》杂志报道,以色列物理学家创造了一个可捕获声音而不是光线的人造黑洞,并试图借助这个黑洞探测理论上存在的“霍金辐射”。霍金辐射是由著名物理学家斯蒂芬·霍金(Stephen Hawking)在30多年前提出来的,能够让黑洞随时间流逝逐渐蒸发直至消失。
 
目光锁定量子态
 
天体物理学认为,当物质密度达到足够大并塌陷后一个被称之为“奇点”的点时,黑洞就会形成。黑洞拥有惊人引力,任何物质——甚至光线在内都无法逃脱黑洞周围一个被称之为“事件视界”的边界拖拽,简单地说就是被黑洞吞噬。
 
但物理学家也可以创造只吸收声音的人造黑洞。具体方式是“哄骗”一种材料以超音速在介质中移动,在介质中穿行的声波无法跟上这种材料的速度,就像鱼儿在快速流动的河流中游动一样。声音最终被类似河流的事件视界捕获。
 
目前,材料物理学家正将目光聚焦所谓的“玻色-爱因斯坦”冷凝物。“玻色-爱因斯坦”冷凝物是物质的一种量子态,此时的原子团行为与单个原子类似。在此之前,科学家已经能够让冷凝物以超音速移动。美国科罗拉多州大学博尔德分校的埃里克·科内尔(Eric Cornell)表示,在操纵“玻色-爱因斯坦”冷凝物过程中,物理学家能够创造声学黑洞。
 
因在实验上实现“玻色-爱因斯坦”凝聚现象,科内尔曾分享2001年诺贝尔奖。他说,海法以色列理工学院的杰夫·斯蒂恩豪尔(Jeff Steinhauer)及其同事进行的一项新研究,是第一次目标直指在“玻色-爱因斯坦”冷凝物中产生霍金辐射的有证可考的实验。
 
超音速流形成声学黑洞
 
实验过程中,斯蒂恩豪尔等人将大约10万个带电铷原子冷却到只比绝对零度高出不到十亿分之十的温度,同时借助磁场捕获这些原子。在一束激光的帮助下,研究人员随后创建一个电势井以吸引铷原子同时促使它们在这种材料中以超音速Z字形穿过电势井。这一过程产生了一个持续8毫秒左右的超音速流,进而快速形成一个能够捕获声音的声学黑洞。创造人造黑洞具有非常重要的意义,能够促使科学家第一次探测霍金辐射。
 
量子力学认为,成对粒子可以自然而然地在真空区出现。在彼此湮灭并最终双双消失前,成对粒子——由一个粒子及其反粒子构成——可以存在非常短暂的时间。霍金在上世纪70年代指出,如果成对粒子在黑洞边缘附近形成,其中的粒子在被摧毁前可能掉入黑洞,反粒子则被搁浅在事件视界之外。对于观察者而言,这个粒子将以辐射的方式存在。在声学黑洞中,霍金辐射将以类似粒子的振动能量包形态存在,也就是所说的“声子”。
 
探测霍金辐射具有重要意义
 
加州理工学院宇宙学家肖恩·卡洛尔(Sean Carroll)表示,寻找霍金辐射对物理学来说具有非常重要的意义。卡洛尔在接受《新科学家》杂志采访时说:“单凭提出霍金辐射存在这一项成就,斯蒂芬·霍金就可以获得诺贝尔奖。这一假设告诉我们,我们正朝正确的道路迈进。”
 
霍金的理论提出了有关量子力学如何适用于被引力扭曲的太空环境的一些基本观点。量子力学的数学基础则被用于计算宇宙在膨胀期内如何运转,所谓的膨胀是指太空在大爆炸后不久快速扩张。但利用天文学观测手段探测霍金辐射并不是一件容易的事情,原因在于:典型黑洞的蒸发因能量更高的辐射源变得暗淡,其中就包括大爆炸的“余辉”宇宙微波背景辐射。
 
令人兴奋的第一步
 
在利用声学黑洞探测霍金辐射之前,研究人员仍有很长的一段路要走。据斯蒂恩豪尔研究小组估计,原子进入其装置的速度大约要提高9倍,才能创造以声子形态存在的可探测的霍金辐射。加拿大温哥华英属哥伦比亚大学的比尔·尤鲁(Bill Unruh)表示:“探测声学黑洞产生的声波绝对是一项艰难任务,但同时也是令人兴奋的第一步。”尤鲁率先提出利用量子流创造人造事件视界的想法。
 
对此持赞同态度的科内尔指出,以色列研究小组需要创造更为平稳的“玻色-爱因斯坦”冷凝物流,以测量霍金辐射的微妙迹象。他在接受《新科学家》杂志采访时说:“他们所做的工作采取了相对较为容易的一种方式。较难的是以一种非常安静的方式完成这项工作,这样才能发现对‘玻色-爱因斯坦’冷凝物流所做的所有猛烈事情使其以超音速移动之外所有微小的波动。”科内尔及其同事正在研制他们自己的实验装置以制造声学事件视界。
 
激光脉冲
 
其他科学家则希望在实验室利用光线产生可探测的霍金辐射。2008年,一支研究小组在光学纤维中创造了一个人造事件视界,以研究不同波长光线以不同速度在光纤中移动。实验过程中,他们让一个速度相对较慢的激光脉冲穿过光纤。由于脉冲扭曲了光纤的光学性质,当第二个激光脉冲追赶到第一个脉冲时,它的速度减慢并在第一个脉冲类似事件视界的前缘之后被捕获。
 
产生一个在天体物理学上可探测的霍金辐射似乎仍旧是可能的。由于黑洞的体积越小,霍金辐射的能量就越大,一些研究人员认为,在美国宇航局2008年发射的费米伽马射线太空望远镜帮助下,在大爆炸之后立即出现的微型黑洞蒸发是可以被探测到的。
 
更多阅读
 
 
 打印  发E-mail给: 
    
 
以下评论只代表网友个人观点,不代表科学网观点。 查看所有评论
SSI ļʱ
 
读后感言:
相关新闻 相关论文

图片新闻
首枚虾类琥珀在“石探记博物科学馆”展出 甜蜜基因的进化“殊途同归”
科学家破解陆生植物起源密码 科学家首次实现活细胞RNA标记
>>更多
 
一周新闻排行 一周新闻评论排行
 
编辑部推荐博文
 
论坛推荐