獨自在實驗室里造黑洞的人

科技 08-25

8月15日，傑夫·施泰因豪爾（Jeff Steinhauer）在《自然·物理學》（Nature Physics）上發表了一篇論文，稱自己實現了霍金輻射的聲波模擬。引人注意的是，作者只有他一個人。

撰文羅恩·考恩（Ron Cowen）

翻譯王微曉

審校丁家琦

獨自在實驗室里造黑洞的人

圖為傑夫·施泰因豪爾在實驗室里模擬黑洞。圖片來源：Nitzan Zohar, Office of the Spokesperson, Technion

傑夫·施泰因豪爾（Jeff Steinhauer）曾經也是玩過樂隊的人。多年前，他在以色列理工學院（Israel Institute of Technology，簡稱Techenion）的物理系還與同伴組樂隊玩搖滾，他打架子鼓。而近期他卻「單飛」了，而且新的工作是捕獲噪音，而非製造噪音。

自2013年起，施泰因豪爾就開始獨自完善在實驗室里人工製造的吸收聲音的系統，類似於宇宙中黑洞捕獲光的系統。這項研究需要加速超冷原子，使其產生振動——也就是聲波，而聲波無法從介質中逃脫，這就類似黑洞以其洪水猛獸般的引力捕獲光輻射的過程。

8月15日，施泰因豪爾在《自然·物理學》（Nature Physics）上發表論文，稱他在實驗中仿造的黑洞能夠通過量子力學效應發出聲波，這與物理學家史蒂芬·霍金（Stephen Hawking）在42年前的預言一致[2]，即黑洞能夠發出輻射。霍金輻射（Hawking radiation）從未被觀測到，但是如果施泰因豪爾的研究被證實，那麼用聲波來類比可能不失為一種探究霍金輻射的方法。

最令物理學家們震驚的是，該發現是施泰因豪爾獨自一人發表的。加拿大英屬哥倫比亞大學的物理學家威廉·盎魯（William Unruh）表示，其他大多數做類似工作的研究組都至少有幾個博士後和博士生。威廉·盎魯正是1981年首次預言利用聲波也可以模擬黑洞這一想法的物理學家[3]。他說：「研究團隊只有一人，這很罕見。」

獨自在實驗室里造黑洞的人

施泰因豪爾一個人發表的Nature Physics論文。圖片來源：Nature

一人實驗室

然而對於施泰因豪爾的同事們，或者其他在以色列理工學院物理系工作過的人來說，這件事並不稀奇。在提到施泰因豪爾這個人時，他們用了飽含激情、獨來獨往以及不屈不撓這樣的詞，說他一個人在實驗室里就相當於一個「樂隊」。「他非常堅持己見，有時甚至可以說是固執。」盎魯說道。在施泰因豪爾的指導下獲得碩士學位的沙哈爾·里諾特（Shahar Rinott）說：「他是我見到過最追求完美的完美主義者。」施泰因豪爾在2010年同6位合作者發表論文，報道了首個用聲波類比來模仿黑洞的結果4，里諾特正是合作者之一。這六位合作者當時都是施泰因豪爾的碩士學生，但是後來都離開了實驗室。里諾特還表示，當儀器出現微小的故障時，哪怕並不妨礙實驗的進行，施泰因豪爾都會中斷工作，直到弄清楚狀況為止。里諾特表示，當初選擇離開施泰因豪爾的實驗室，是因為他想在讀博士期間，跟隨一個能夠允許更多獨立性的導師。

施泰因豪爾表示自己並不是一開始就打算獨自工作的。最近幾個月里，他已經聘請了一位博士後同他一起工作。他說：「或許大家都認為在我的實驗室里工作很難，但只是因為此前我招的碩士生都覺得很難掌握實驗所需的知識。」無論如何，只有自己一個人的實驗室也有其優勢，他說：「我可以每一天每一刻都專註在這一個重要項目上。」

施坦因豪爾剛剛度過他的50歲生日，但他始終堅持不懈、獨立自主，並且勇於冒險。在以色列理工學院的辦公室里，他一直保留著一輛童年時自己組裝的競賽自行車。他在美國加州洛杉磯長大，小時候他的舊自行車在一場近乎致命的車禍中被軋壞，他也撞破了門牙，這輛競賽自行車就是他用保險賠償金買來零件後自己組裝的。

1995年，施坦因豪爾從加州大學洛杉磯分校博士畢業，畢業後他決定去以色列，一部分原因是自己的猶太血統。他在工作還沒找到，住處只供短暫停留的情況下毅然乘上了去往以色列特拉維夫的飛機。「我的母親以為我過幾個月就會回去。」他說。但是除了2002年在海外做博士後的那一年，他就一直生活在以色列了。

施坦因豪爾的架子鼓還在以色列理工學院物理大樓的地下室里保存著。若要問他最喜歡什麼歌，那必然是美國搖滾樂隊聲音花園（Soundgarden）演唱的《太陽黑洞》（Black Hole Sun）。

參考文獻：

1.Steinhauer, J. Nature Physics http://dx.doi.org/10.1038/nphys3863 (2016).

2.Hawking, S. W. Nature 248, 30–31 (1974).

3.Unruh, W. G. Phys. Rev. Lett. 46, 1351 (1981).

4.Lahav, O. et al. Phys. Rev. Lett. 105, 240401 (2010).

http://www.nature.com/news/one-man-band-the-solo-physicist-who-models-black-holes-in-sound-1.20437

更多精彩

-霍金解決了黑洞悖論？科學家說，還早著呢

-不會編劇的業餘物理學家不是一名好的暢銷書作家：列納德·蒙洛迪諾的精彩人生