原標題：黑洞可能并非“只進不出”

本報記者 陳 丹 綜合外電

　　利用超冷流體將聲波困住，以色列科學(xué)家在實驗室中創(chuàng)造出了一個能發(fā)出霍金輻射的類黑洞。所謂霍金輻射，就是預(yù)測中的因量子力學(xué)效應(yīng)而能夠逃脫黑洞的粒子。這項發(fā)表在《自然·物理學(xué)》雜志上的重要成果有朝一日可望幫助解決黑洞“信息悖論”問題——物理學(xué)家斯蒂芬·霍金40年前預(yù)言，黑洞并不是全黑的，有少量的輻射能夠擺脫黑洞的強大引力，問題由此產(chǎn)生：編碼在輻射中的信息是否也能一并逃脫？

　　黑洞不黑，可能會有粒子逃出

　　量子理論認為，能量的大幅波動可能會在瞬間發(fā)生，這意味著宇宙真空并不空，而是會發(fā)生漲落，在瞬間憑空產(chǎn)生一對正反虛粒子，然后又彼此湮滅，瞬間消失，以符合能量守恒。如果粒子—反粒子對正好出現(xiàn)在黑洞視界（即黑洞的邊緣）附近，又將如何？

　　黑洞一向以“只進不出”著稱，引力強大到連光都無從逃脫。但按照霍金的推想，粒子對除了一起湮滅，或者一起落入黑洞，也可能存在第三種情況：粒子對發(fā)生了分離，一個被吸進黑洞，另一個卻以霍金輻射的方式逃逸出來。在外界看，這就像黑洞發(fā)射粒子一樣，這一理論也在很大程度上改變了人們對于黑洞的認知。

　　不過，天體物理學(xué)家至今尚未檢測到宇宙黑洞所發(fā)出的霍金輻射。而另一種驗證霍金理論的方法，就是在實驗室中模擬視界。

　　實驗室中“困住”聲波，演示類霍金輻射現(xiàn)象

　　為此，以色列理工學(xué)院物理學(xué)家杰夫·斯坦豪爾帶領(lǐng)團隊開始了實驗室研究。據(jù)《自然》雜志網(wǎng)站近日報道，他們將一團銣原子冷卻到比絕對零度高出不到10億分之一攝氏度，在這樣的低溫下，銣原子緊密排列，表現(xiàn)得如同一個單一的、流動的量子物體，讓研究人員更易操控。低溫也確保這種玻色—愛因斯坦凝聚態(tài)的流體能夠提供一個無聲的介質(zhì)，讓量子波動產(chǎn)生的聲波從中通過。

　　接下來，斯坦豪爾利用激光操控超冷流體，使其速度快于音速。就像游泳的人在水中對抗著強大的水流，聲波也要逆著流體的方向前進，如同被“困住”一樣。超冷流體也因此變成了一個萬有引力視界的替代物。

　　在實驗室真空中，一道突然出現(xiàn)的聲波和一道突然消失的聲波，正好可以模擬真空宇宙里的粒子—反粒子對。而那些跨越這個聲音視界的聲波對，就相當于在演示霍金輻射。為了將這些聲波放大到足以被探測器捕捉到，斯坦豪爾在第一個聲音視界內(nèi)建立了第二個聲音視界，同時調(diào)整超冷流體，使聲波不能通過第二個視界并被反彈回來。由于聲波反復(fù)撞擊外圍的第一個視界，更多的聲波對被創(chuàng)造出來，從而將霍金輻射放大到可被檢測的水平。

　　雖無法完美匹配，但卻是最接近的

　　有些研究人員認為，這個讓斯坦豪爾耗時5年才完善的實驗室模型到底有多接近于模擬霍金輻射，目前還不清楚。雖然斯坦豪爾對聲波進行了放大，但他只檢測到了輻射的一個頻率，因而無法肯定其是否擁有預(yù)測中的真正的霍金輻射所擁有的不同頻率強度。斯坦豪爾目前正在改進技術(shù)，以便無需放大聲波輻射就能研究他的人造黑洞，進而探討黑洞“信息悖論”問題。

　　這項研究也有助于物理學(xué)家在不相容的量子理論與萬有引力之間取得協(xié)調(diào)，萬有引力是自然界中唯一沒有被量子力學(xué)理論框架規(guī)范的力?；艚疠椛涫橇孔恿W(xué)和廣義相對論相結(jié)合的產(chǎn)物，而一個人造黑洞有可能為研究如何讓二者“聯(lián)姻”提供一個機會。

　　英國赫瑞瓦特大學(xué)實驗物理學(xué)家丹尼爾·法喬稱，斯坦豪爾的研究“可能是最強大、最明確的證據(jù)”，表明實驗室模型可以在廣義相對論和量子力學(xué)之間模擬現(xiàn)象。2010年，法喬的團隊報告說，他們探測到了與霍金輻射類似的現(xiàn)象，但此后又承認他們看到的其實是另一種不同的現(xiàn)象。

　　美國馬里蘭大學(xué)物理學(xué)家泰德·雅各布森在1999年就指出，類霍金輻射現(xiàn)象可在實驗室中被觀察到，但他表示，到目前為止，利用聲音實驗來了解黑洞仍然是“沒影兒的事”。在雅各布森看來，這項新實驗的價值在于探索超冷原子的物理現(xiàn)象。

　　加拿大不列顛哥倫比亞大學(xué)的理論物理學(xué)家威廉·昂魯認為，即使這種聲波輻射無法完美匹配霍金輻射，但在探測霍金輻射方面，“它是最接近的”。