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好事儿娇娘|模拟引力：实验室中的终极理论之梦( 三 )


用超流体创造黑洞 在有关霍金辐射的论文发表前 ， Steinhauer 已经对模拟黑洞进行了多年的探索 。 2009年 ， 他和同事首次用玻色-爱因斯坦凝聚态在实验室中创造出声学黑洞 ， 被认为是该领域的一大突破 。 此后 ， Steinhauer 独自一人继续从事相关的研究 ， 并发表了一系列论文 。
【好事儿娇娘|模拟引力：实验室中的终极理论之梦】
好事儿娇娘|模拟引力：实验室中的终极理论之梦
本文插图
图片来源：Steinhauer
玻色-爱因斯坦凝聚态是一种温度极低的流体——超流体 。 与普通的流体不同 ， 它不会产生阻力 。 Steinhauer 让玻色-爱因斯坦凝聚态像小河一样流动 ， 使其流动速度超过声速 ， 这就在模拟黑洞的视界 。 天体黑洞的霍金辐射 ， 涉及的粒子是光子对；而在玻色-爱因斯坦凝聚态中 ， 物理学家观察的是声子对 。
对于黑洞模拟 ， 玻色-爱因斯坦凝聚态具有独特的优点 。 首先 ， 这一系统可以排除其他声波对观测霍金辐射的干扰 。 Steinhauer 介绍说 ， 玻色-爱因斯坦凝聚态接近绝对零度 。 在温暖的物体中 ， 热量会自发地产生声波 ， 干扰观测；而他制备的玻色-爱因斯坦凝聚态除了霍金辐射的声波 ， 不会产生其他声波 。 其次 ， 声音在超流体中的运动速度本就很慢 ， 这也是这个系统的一个优势 。 另外 ， 这个玻色-爱因斯坦凝聚态大约几百微米长 ， 几微米宽 ， 它相当于一个“一维的黑洞” ， 一维的系统可以有效地抑制量子化漩涡的产生 。
Steinhauer 说 ， 他在声学黑洞实验中不仅观察到霍金辐射 ， 也看到了黑洞内部和外部、观察到粒子的纠缠 。 这对于研究诸如“信息悖论”之类的问题也很重要 ， 例如 ， 如果把信息扔到黑洞里会发生什么？信息是消失了 ， 还是以某种方式保存下来？
头条新闻的争议 科学新闻常常出现诸如“科学家取得重大发现”的头条 。 但是大部分爆炸性新闻并不代表切实的科学突破 ， 总是在短暂掀起舆论热潮后悄悄消失 ， 很快被公众淡忘 。 像引力波这样确定的科学发现少之又少 。 许多媒体将 Steinhauer 的实验报道为“科学家首次观察到霍金辐射” 。 那么 ， Steinhauer 究竟在声学黑洞中观察到霍金辐射了吗？我们只能说不知道 ， 因为结果还需要进一步验证 。 Rousseaux 对《环球科学》说 ， 引力波实验有两个探测器 ， 能够比较结果 ， 所以给出了肯定的结论 ， 而模拟引力领域还在发展 ， 缺乏类似的比较或验证实验 。
对于寻找霍金辐射 ， Leonhardt 理解人们对“大新闻”的非理性期望 。 但作为科学家 ， 他说 ， “我会阅读原始文献 ， 而不相信新闻头条 。 ”
在 Leonhardt 发出质疑后 ， 《环球科学》联系了 Steinhauer 。 沉寂了一段时间的 Steinhauer 在受到质疑的两周之后——也就是9月28日 ， 在 arXiv 发表论文 ， 逐条回应 Leonhardt 的质疑 ， 并第一时间告知了《环球科学》 。 质疑并没有让 Steinhauer 止步 ， 当《环球科学》询问他未来的研究计划时 ， 他表示会尝试各种各样的可能性 。
如果 Steinhauer 真的在声学黑洞中观察到霍金辐射 ， 是否意味着天体黑洞也存在霍金辐射？“当然不是 ， ”Unruh 说 ， “但这会让我们对霍金的理论更有信心 。 ”
张双南告诉《环球科学》 ， 如果观测到真正的霍金辐射 ， 在科学上有巨大的意义 ， 因为霍金辐射是真空的量子涨落的直接后果 ， 观测到霍金辐射就等于直接证明了真空涨落的存在 ， 说明真空并不是“空”的 ， 也并不是宁静的 ， 人类对自然的理解就前进了一大步 。
悄然兴起的领域 值得一提的是 ， 研究霍金辐射只是模拟引力领域研究的一部分 ， 模拟引力更大的目标是量子引力 。 由于引力极为微弱 ， 直接观察量子引力的效应几乎不可能 ， 而模拟引力就提供了探索量子引力的另一种途径 。 相关的理论研究也能从模拟引力中得到启发 ， 一个有趣的例子是衍生引力（emergent gravity） 。 我们熟悉的水可以用流体力学描述 ， 但到了分子的层面 ， 水分子会遵循完全不同的物理 。 衍生引力的提出基于类似的思考 ， 认为引力并不是基本的物理 。


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