人工视界辐射 ——实验室模拟黑洞辐射的理论外文翻译资料

人工视界辐射

——实验室模拟黑洞辐射的理论

原文作者 John Maston

摘要:一个实验室实验可以提供一个可以长期预测的量子效应的第一瞥，这种效应被称为霍金辐射。

史蒂芬·霍金由于许多事情而著名：带有挑衅性的畅销书，客串辛普森一家以及在他长期而又具有创造性的生命当中一直伴随他的肌萎缩侧索硬化症。在天体物理学领域，剑桥的物理学家也是因为他在引力与黑洞方面的研究而著名的，包括了他在1974年提出的一个与之同名的假设—霍金辐射，就是黑洞会从其外部边界发射出粒子流的一种现象。

霍金辐射被预测产生于黑洞事件视界内的量子涨落，在黑洞事件视界内都没有东西回来的关键在于甚至是光都速度太慢以至于无法逃出。在其边缘，光波和普通物质都会掉入黑洞，霍金意识到，应该是粒子流进流出存在的关系。量子力学表明，这种短暂存在的粒子对来自于全空的空间，通过其逐渐扩散的活动注入真空。在宇宙的最角落，这些粒子对迅速的消失并一起回到真空。但是在视界的边缘一个粒子可能会被黑洞捕获，让另一个粒子以辐射的形式自由离开。

这种相对微弱的辐射从来没有从一个真正的黑洞中检测到，所以研究人员已经找到一些代替物来证明这个现象的一般原则。现在，意大利的研究人员报告了也许可能是第一个量子力学的霍金辐射的模拟的示范。这篇文章将发表在物理评论快报上，这个团队报告他们发现了光子在一块玻璃上从短暂的事件视界中逐渐出现。

“我们已经给出我们所认为的是，从初步迹象表示，霍金辐射可以在实验室测量。”在意大利布里亚大学领导了这次研究的，现在正在往苏格兰的赫瑞瓦特大学赶的丹尼尔勒·法西奥这么说，法西奥和他的同事在一段两厘米长的石英玻璃上创造了事件视界，这是一种强激光脉冲能够局部干扰其折射率的介质，或者是说光速能够穿过的材料。

当这种扰动穿越玻璃时，它会形成一个运动阻滞来阻碍光通过。“如果你有一个从背后接近扰动并试图赶上它的光脉冲，这种光脉冲由于折射率的增加然后慢下来。”法西奥这么说。 “想象你自己坐在这扰动的上面，你会看到这光波不断接近你直到停下来。”换言之，这个激光诱导的扰动扮演了一种光也不能超越的边界——一类移动的事件视界。如果一对光子产生在足够接近事件视界的地方，它们将会被分离并且无法回到它们产生的真空中。在一个真正的黑洞，这种分离将变的更加明显；一个粒子将永远的消失在黑洞中。

研究人员记录下了光子从事件视界快速的向外移动的情况，大约每一百次激光脉冲有会一个光子，这与与霍金辐射的预测特点一样。这些光子的发射是非极化的，例如，它会出现在一个合适的波长。在采取措施排除了来自更寻常的机械装置的污染的可能性（例如荧光）之后，研究小组得出结论，这些光子的产生是自发的，正如霍金辐射的物理机制一样。

在该领域的物理学家们并不同意这样的观察意味着完全地正确。苏格兰圣安德鲁斯大学的乌尔夫莱昂哈特，他的团队在2008年提出的生产视界的光学方法正是法西奥和其同事所运用的方法，他说，这个新的研究代表了霍金辐射的初步观察。但是其他人不一定认同，“我仍然需要被说服的是他们所看见的模拟霍金从黑洞是发现的东西到底是什么。”来自哥伦比亚大学的物理学家威廉姆·昂鲁这么说，他在实验室通过研究波在移动的水的表面的传播来展示了一个经典的，非量子的霍金辐射的模拟。一个可能的问题是，法西奥和他团队的所发现的光子是从激光脉冲的90度角方向在玻璃中产生的。“这是一个错误的方向，这是真的很难理解为什么这样的事情会发生”昂鲁这么说。

“辐射的方向也是正在讨论的一个重点。”法西奥说，值得注意的是，光子探测器的位置被选在减少激光污染的位置。“在某种程度上，我比较喜欢它周围的其他方法—我们有一个谱的光子与事件视界的理论预测完全一致。现在我们需要正确的理解为什么它们会产生。”

马里兰大学的泰德·雅各布森也仍然在踯躅徘徊，注意到的是，虽然发射光子拥有一些与霍金辐射模拟所预测的相同的特点，但是其他的预测特征尚未确定。例如，由法西奥的研究小组所进行的实验无法让研究人员验证光子在事件视界中是出现在量子力学的关联对。 “在我们的一大块的玻璃上，我们没有办法说其他的光子将在哪里消失。”法西奥这么记录下来。但是莱因哈特的小组在光学纤维中发现了相同的现象，而不是在块状玻璃中。可以从分离的一对当中检测到这两个光子，然后表明其共同的起源。“一旦他能够做到那样，我觉得就会让所有的讨论闭上他们的嘴巴。”法西奥说，“这将是一个不可否认的证据证明这个想法是正确的。”

外文文献出处：Scientific American.2010,10

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