要得諾貝爾獎(jiǎng)！霍金輻射理論被證實(shí)：黑洞會(huì)消失

北京時(shí)間4月27日消息，據(jù)國外媒體報(bào)道，40年多前，英國著名物理學(xué)家史蒂芬-霍金提出了所謂的“霍金輻射”理論，即黑洞因?yàn)檩椛涠饾u萎縮變小直至消失。“霍金輻射”是一項(xiàng)革命性理論，但是由于逃離黑洞的輻射過于捉摸不定，因此“霍金輻射”很難得以證實(shí)。近期，來自美國和以色列兩個(gè)獨(dú)立的研究團(tuán)隊(duì)發(fā)現(xiàn)了足以支持“霍金輻射”理論的明確證據(jù)，他們的發(fā)現(xiàn)或?qū)椭@位偉大的物理學(xué)家最終獲得諾貝爾獎(jiǎng)。

在本年度的里思講座中，霍金曾經(jīng)表示如果這一理論能夠得以證明，他有望獲得諾貝爾獎(jiǎng)。

去年，以色列理工學(xué)院物理學(xué)家杰夫-斯坦豪爾在實(shí)驗(yàn)室中再造了黑洞環(huán)境，用于研究粒子在黑洞邊界的行為。在實(shí)驗(yàn)中，斯坦豪爾發(fā)現(xiàn)形成聲波的能量確實(shí)會(huì)從黑洞中泄露出來。

研究人員將霍金輻射理論與數(shù)學(xué)工具及高性能計(jì)算機(jī)結(jié)合起來創(chuàng)建一個(gè)模型，用于顯示各種信息進(jìn)出黑洞時(shí)的情形。

長(zhǎng)期以來，科學(xué)家們一直認(rèn)為，當(dāng)一個(gè)黑洞死亡時(shí)，其內(nèi)部的一切事物也都將隨之消亡。“霍金輻射”理論認(rèn)為，黑洞應(yīng)該有能力產(chǎn)生熱量并釋放亞原子粒子，直到它們能量完全耗盡，這一過程就是所謂的“霍金輻射”。霍金還指出，黑洞并不是完全黑暗的，它們也不會(huì)永遠(yuǎn)存在。

在1974年的聲明中，霍金解釋了黑洞周圍的強(qiáng)大引力場(chǎng)是如何對(duì)粒子與反粒子之間配對(duì)的形成產(chǎn)生影響的，就像量子理論中真空中時(shí)時(shí)發(fā)生的情形那樣。如果粒子恰好形成于黑洞表面外側(cè)，那么粒子對(duì)中正粒子就有可能逃離。在觀測(cè)中，它們可能是以熱輻射的形式從黑洞發(fā)射出來。同時(shí)，反粒子則跌入黑洞之中。通過這種方式，黑洞逐漸損失質(zhì)量。

去年，以色列理工學(xué)院物理學(xué)家杰夫-斯坦豪爾在實(shí)驗(yàn)室中再造了黑洞環(huán)境，用于研究粒子在黑洞邊界的行為。這個(gè)邊界其實(shí)就相當(dāng)于黑洞表面。在實(shí)驗(yàn)中，斯坦豪爾發(fā)現(xiàn)形成聲波的能量確實(shí)會(huì)從黑洞中泄露出來。這與霍金的預(yù)言相一致。近期，美國密歇根州立大學(xué)天文與物理學(xué)家克里斯-阿達(dá)米帶領(lǐng)研究團(tuán)隊(duì)提出了一項(xiàng)新理論。根據(jù)這種新理論，他們可以對(duì)黑洞相當(dāng)長(zhǎng)的生命周期進(jìn)行深入研究。研究人員認(rèn)為，黑洞表面后方的各種信息及所有事物都不是立即消失，而是在黑洞蒸發(fā)的后期慢慢泄露出去。他們將霍金輻射理論與數(shù)學(xué)工具及高性能計(jì)算機(jī)結(jié)合起來創(chuàng)建一個(gè)模型，用于顯示各種信息進(jìn)出黑洞時(shí)的情形。

模擬與計(jì)算結(jié)果表明，一切都慢慢消失了。這一現(xiàn)象違背了物理學(xué)定律，許多關(guān)于黑洞蒸發(fā)的矛盾現(xiàn)象無法得以解釋。阿達(dá)米表示，“這一問題從來沒有得到解決，因?yàn)榛艚鸬挠?jì)算結(jié)果無法驗(yàn)證霍金輻射的效果。物理學(xué)家假設(shè)，隨著霍金輻射帶走黑洞所有的質(zhì)量，黑洞會(huì)逐漸萎縮。但是，沒有人能夠通過數(shù)學(xué)計(jì)算來驗(yàn)證這一理論。”

長(zhǎng)期以來，人們一直認(rèn)為當(dāng)黑洞萎縮到最小化時(shí)，其內(nèi)部的一切事物都將消亡，因此所有的量子信息不可能隱藏于黑洞表面之后。阿達(dá)米等人的研究成果對(duì)這一傳統(tǒng)觀點(diǎn)提出了挑戰(zhàn)。但是，阿達(dá)米和斯坦豪爾等人沒有提出量子引力理論，他們只是采用霍金的理論。這樣，他們就可以全面理解黑洞究竟是如何與霍金輻射交互的。阿達(dá)米解釋說，“為了完成這項(xiàng)計(jì)算，我們不得不猜測(cè)黑洞是如何與自己周圍的霍金輻射場(chǎng)交互的。這是因?yàn)槟壳斑€沒有能夠解釋這種交互行為的量子引力理論。然而，實(shí)驗(yàn)證明我們做出了一個(gè)很好的猜測(cè)，因?yàn)樵诠潭ā⒉豢勺兊暮诙唇缦拗形覀兊哪Ｐ团c霍金理論相一致。”阿達(dá)米研究團(tuán)隊(duì)成員、渥太華大學(xué)科學(xué)家卡米爾-布拉德勒表示，“當(dāng)然，我們的模型僅僅是一個(gè)模型。但是，我們能夠證明黑洞與霍金輻射之間的任何量子交互都非常有可能與我們的模型具有同樣的屬性。”

關(guān)于黑洞物理學(xué)的證明，有一個(gè)著名的理論--“培基曲線”理論。“培基曲線”理論以加拿大阿爾伯塔大學(xué)物理學(xué)家唐-培基之名命名，培基曾經(jīng)預(yù)言了這種可以呈現(xiàn)最初進(jìn)入黑洞然后又離開黑洞的量子信息曲線。阿達(dá)米和布拉德勒通過初步計(jì)算再現(xiàn)了類似的曲線。在本年度的里思講座中，霍金曾經(jīng)表示如果這一理論能夠得以證明，他有望獲得諾貝爾獎(jiǎng)。