曲速实验最终可以间接检验霍金关于黑洞的最著名预测

一项新的曲速实验最终可以间接检验著名物理学家斯蒂芬·霍金关于黑洞的最著名预测。

新的提议表明，通过轻推一个原子使其变得不可见，科学家可以瞥见包裹着以接近光速行进的物体的缥缈量子辉光。

辉光效应被称为Unruh(或Fulling-Davies-Unruh)效应，它导致快速加速的物体周围的空间似乎被一群虚拟粒子所填充，使这些物体沐浴在温暖的辉光中。

由于这种效应与霍金效应密切相关——在霍金效应中，被称为霍金辐射的虚拟粒子会自发地出现在黑洞的边缘，科学家们长期以来一直渴望发现一个作为另一个存在的暗示。

但是发现其中任何一种影响都是非常困难的。

霍金辐射只发生在可怕的黑洞边缘，要达到Unruh效应所需的加速度可能需要曲速引擎。

现在，发表在4月26日《物理评论快报》杂志上的一项突破性的新建议可能会改变这种情况。

其作者表示，他们已经发现了一种机制，通过一种可以有效地将物质隐形的技术，大幅提高Unruh效应的强度。

麻省理工学院机械工程助理教授、新实验的设计者、合著者Vivishek Sudhir在一份声明中说：“现在，至少我们知道，在我们有生之年，我们有可能真正看到这种效应。

”“这是一个艰难的实验，不能保证我们能够做到，但这个想法是我们最大的希望。

由科学家在20世纪70年代首次提出的Unruh效应是量子场论的众多预测之一。

根据这个理论，没有空的真空这种东西。

事实上，任何空间都充满了无尽的量子尺度振动，如果给予足够的能量，它们可以自发爆发成粒子-反粒子对，几乎立即相互湮灭。

任何粒子——不管是物质还是光，都只是这个量子场的局部激发。

。

1974年，斯蒂芬·霍金预测，黑洞边缘——它们的视界——感受到的极端引力也会产生虚拟粒子。

根据爱因斯坦的广义相对论，引力扭曲了时空，因此量子场越接近黑洞奇点的巨大引力牵引，扭曲就越严重。

由于量子力学的不确定性和不可思议性，这扭曲了量子场，产生了不同移动时间的不均匀口袋，以及随后穿过场的能量尖峰。

正是这些能量不匹配使得虚拟粒子从黑洞边缘看似虚无的东西中出现。

“黑洞被认为不完全是黑色的，”主要作者，加拿大滑铁卢大学物理学博士生Barbara ODA在一份声明中说。

“相反，正如斯蒂芬·霍金发现的那样，黑洞应该发出辐射。

就像霍金效应一样，Unruh效应也通过量子力学和爱因斯坦预言的相对论效应的怪异融合创造了虚拟粒子。

但这一次，不是由黑洞和广义相对论引起的扭曲，而是来自接近光速和狭义相对论，狭义相对论规定，物体越接近光速，时间运行越慢。

根据量子理论，一个静止的原子只能通过等待一个真实的光子激发它的一个电子来增加它的能量。

然而，对加速中的原子来说，量子场的波动会累积起来，看起来像真正的光子。

从加速原子的角度来看，它将穿过一群温暖的光粒子，所有这些都使它升温。

这种高温可能是Unruh效应的一个警示信号。

但是产生这种效果所需的加速度远远超过了现有的任何粒子加速器的能力。

一个原子需要在不到百万分之一秒的时间内加速到光速——经历每秒一千万亿米平方的重力——才能产生足够热的辉光，让当前的探测器能够发现。

为了实现这一效果，研究人员提出了一个巧妙的替代方案。

光子使得量子波动更加密集，这意味着一个原子在被高强度激光击中时穿过真空，理论上可以产生Unruh效应，即使加速度相当小。

然而，问题是原子也可能与激光相互作用，吸收激光以提高原子的能量水平，产生的热量将淹没由Unruh效应产生的热量。

但是研究人员发现了另一种变通方法：一种他们称之为加速诱导透明的技术。

如果原子被迫沿着一条非常特定的路径穿过光子场，那么原子将无法“看到”特定频率的光子，使它们对原子来说基本上是不可见的。

因此，通过将所有这些变通办法串联起来，研究小组就能够测试这种特定光频率下的Unruh效应。

将该计划变为现实将是一项艰巨的任务。

科学家们计划建造一个实验室大小的粒子加速器，在用微波束撞击电子时，将电子加速到光速。

如果他们能够检测到这种效应，他们计划用它进行实验，特别是那些能够让他们探索爱因斯坦的相对论和量子力学之间可能的联系的实验。

“广义相对论和量子力学理论目前仍然有些分歧，但必须有一个统一的理论来描述宇宙中的事物是如何运作的，”合著者、滑铁卢大学应用数学教授阿希姆·肯普夫在一份声明中说。

“我们一直在寻找一种将这两大理论结合起来的方法，这项工作通过开辟用实验来测试新理论的机会，帮助我们走得更近。