新研究證實霍金預言：黑洞最終蒸發殆盡

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黑洞產生的輻射非常微弱，無法在太空中探測到，但物理學家找到了非常富有創造性的方式，可以在實驗室測量黑洞輻射。根據霍金提出的理論，這種輻射最終抽走足夠的能量，讓黑洞不斷喪失質量，直至徹底消失。科學家普遍認為這一理論是正確的，但他們也一度認為證明這種理論幾乎是一項不可能完成的任務。

根據霍金的理論，黑洞將最終蒸發殆盡

1974年，霍金提出了他最著名的預測之一——黑洞將最終蒸發殆盡。根據霍金的理論，黑洞並非「只進不出」，而是會向外噴射粒子。這種輻射最終抽走足夠的能量，讓黑洞不斷喪失質量，直至徹底消失。科學家普遍認為這一理論是正確的，但他們也一度認為證明這種理論幾乎是一項不可能完成的任務。

霍金輻射非常微弱，當前的觀測儀器無法在太空中探測到這種輻射。現在，物理學家首次證明至少可以在實驗室探測神秘莫測的霍金輻射。在實驗室進行的模擬研究中，科學家藉助聲波和宇宙中溫度最低且最為怪異的物質窺探到這種輻射。

黑洞的引力異常強大，即使是移動速度達到光速的光子也無法逃脫它的引力。雖然太空中的真空通常被認為是「一片空白」，但量子力學的不確定性意味著真空充斥了虛粒子——物質粒子和反物質粒子對。反物質粒子與對應的物質粒子具有相同的質量，但帶有相反的電荷。

通常情況下，一對虛粒子出現後，它們會立即相互湮滅。但在黑洞附近，異常強大的引力會將粒子對拆散，一個粒子被黑洞吸收，另一個粒子拋射到太空。被黑洞吸收的粒子帶有負能量，它們會減少黑洞的能量和質量。一旦吸入足夠多的虛粒子，黑洞最終蒸發殆盡。逃逸的粒子放射出所謂的霍金輻射。這種輻射非常微弱，目前無法在太空中探測到，但物理學家已經找到了非常富有創造性的方法，能夠在實驗室測量霍金輻射。

以色列理工學院物理學家傑夫·斯坦豪爾（Jeff Steinhauer）及其同事，利用一種被稱之為「玻色-愛因斯坦冷凝態」的超低溫氣體模擬黑洞的事件視界。（事件視界是不可見的黑洞邊界，任何物質都無法逃離。）在這種氣流中，他們設置了一處「懸崖」，形成一道氣體「瀑布」。當氣體抵達瀑布，便會將足夠的勢能轉化為動能，讓速度超越聲速。

在氣流中，研究人員使用了成對的聲子或者量子聲波。氣流移動緩慢一側的聲子，運動方向與氣流相反，不斷遠離瀑布；快速流動一側的聲子無法遠離瀑布，會被超音速氣體「黑洞」俘獲。斯坦豪爾表示：「這就像我們在流速超過我們遊動速度的水流中逆流而上。你感覺自己向前行進，實際上卻在後退。這類似於黑洞中的光子，雖然試圖逃離黑洞，但最終被引力拖向了另一個方向。」

根據霍金的預測，黑洞所噴射粒子的輻射處在連續的波長和能量頻譜中。他認為這一現象可以用只依賴於黑洞質量的單一溫度加以描述。最近的實驗利用聲波黑洞證實了霍金的這兩個預測。

巴黎第十一大學理論物理學家雷諾·帕倫塔尼指出：「這些實驗擁有極高的精確度，令人感到不可思議。在實驗方面，斯坦豪爾是當前利用冷原子窺探黑洞物理現象的世界一流專家。」帕倫塔尼從理論角度研究模擬黑洞，並沒有參與這項新研究。他強調這項研究還只是萬里長征的第一步。尤其需要指出的是，這項研究並未證明聲子對在量子水平具有相關性，而這恰恰是霍金預測的一個重要方面。「故事還沒有結束，還將繼續下去。」

來源：漫步宇宙

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