路易斯安那州立大学LSU新研究发现为确认黑洞辐射的量子来源开辟一条有希望的途径
据cnBeta：路易斯安那州立大学（LSU）物理学家们的一项新研究发现为确认黑洞辐射的量子来源开辟了一条有希望的途径。LSU物理学家们利用量子信息理论技术，揭示了一种以可控方式放大或“刺激”霍金效应中纠缠的产生的机制。此外，这些科学家提出了一个在实验室中使用人工产生的事件视界来测试这一想法的方案。
这些结果最近发表在《物理评论快报》上。Ivan Agullo、Anthony J. Brady及Dimitrios Kranas提出了这些想法，并将其应用于包含模拟白-黑洞对的光学系统。
黑洞是我们宇宙中最神秘的一些天体，主要是由于它们的内部工作隐藏在一个完全遮蔽的“面纱”后面--黑洞的事件视界。
1974年，斯蒂芬·霍金为黑洞的特性增添了更多的神秘色彩。他表明，一旦考虑到量子效应，黑洞根本就不是真正的黑，而是会发出辐射，就像它是一个热体，在所谓的"黑洞蒸发过程"中逐渐失去质量。此外，霍金的计算表明，所发射的辐射与黑洞本身的内部有量子力学上的纠缠。这种纠缠是霍金效应的量子特征。这一令人震惊的结果很难，甚至不可能在天体物理黑洞上得到检验，因为微弱的黑洞辐射会被宇宙中的其他辐射源所掩盖。另一方面，在20世纪80年代，威廉·恩鲁的一篇开创性文章确定了纠缠黑洞粒子的自发产生发生在任何能够支持有效事件视界的系统中。这种系统通常属于"模拟引力系统"的范畴，并为在实验室中测试霍金的观点打开了一扇窗。
对模拟引力系统--由玻色-爱因斯坦冷凝物、非线性光纤、甚至是流动的水--的严肃实验调查已经进行了十多年。最近科学家们在几个平台上观察到了受刺激和自发产生的黑洞辐射，但由于其微弱和脆弱的特性，测量纠缠被证明是难以捉摸的。
“我们的研究表明，通过用适当选择的量子态照亮视界，人们可以以可调整的方式放大霍金过程中纠缠的产生，”Ivan Agullo副教授说。“作为一个例子，我们将这些想法应用于一对共享内部的模拟白-黑洞的具体案例，并在非线性光学材料内产生。”
“这项研究中使用的许多量子信息工具来自我与 Jonathan P. Dowling教授的研究生研究，”亚利桑那大学博士后研究员2021届校友Anthony Brady说。“Jon是一个有魅力的人物，他把他的魅力和非传统性带入他的科学，以及他的建议。他鼓励我研究古怪的想法，比如模拟黑洞，看看我是否能把物理学各个领域的技术融合在一起--比如量子信息和模拟引力--以便产生一些新奇的东西，或者像他喜欢说的‘可爱’的东西。”
“霍金过程是最丰富的物理现象之一，它连接了从量子理论到热力学和相对论等看似不相关的物理学领域，”LSU研究生 Dimitrios Kranas说。“模拟黑洞的出现为这一效应增添了额外的风味，同时也为我们提供了在实验室中测试它的激动人心的可能性。我们详细的数值分析使我们能够探究霍金过程的新特征，帮助我们更好地理解天体物理黑洞和模拟黑洞之间的相似性和差异。”
