研究人员发现了量子真空的新理论，这可能打破对黑洞的认知
老胡说科学2020-11-24 21:19
研究人员开发了一种观察量子真空的新理论，这可能导致对黑洞行为的新认识。
昂鲁效应结合了量子物理学和相对论理论。到目前为止还不能测量或观察到它，但是现在由诺丁汉大学领导的一个小组的新研究揭示了如何使用声音粒子来实现这一点。该小组的研究成果今天发表在《物理评论快报》杂志上。
盎鲁效应表明，如果你以极快的速度飞过一个量子真空，这个真空看起来不再像真空：相反，它看起来像一个充满粒子的空间。这种现象与黑洞的霍金辐射密切相关。
来自诺丁汉大学“黑洞实验室”的一个研究小组与英属哥伦比亚大学和维也纳理工大学合作，他们的研究表明，不是研究粒子加速时突然可见的真空空间，你可以创建一个二维超冷原子云（玻色-爱因斯坦凝聚态），其中声音粒子，声子，在无声的声子真空中加速的观察者可以听到。这种声音并不是由探测器发出的，而是因为加速度的缘故而听到的（非加速探测器仍然什么也听不到）。
真空中充满了粒子
爱因斯坦相对论的基本思想之一是：测量结果可以依赖于观察者的运动状态。钟的滴答声有多快？一个物体有多长？一束光的波长是多少？这个问题没有普遍的答案，其结果是相对的——它取决于观察者移动的速度。但是对于空间的某个区域是否是空的这个问题呢？难道两位观察家不应该至少观点一致吗？
事实并非如此，因为在一个观察者看来是完全真空的东西，在另一个观察者看来可能是粒子和辐射的湍流群。威廉姆·昂鲁于1976年发现的昂鲁效应说，对于一个强加速的观察者来说，真空是有温度的。这是由所谓的虚粒子引起的，虚粒子还会产生其他重要的效应，比如霍金辐射（它会导致黑洞蒸发）。
几个月前，从诺丁汉大学到维也纳工业大学原子研究所担任ESQ研究员的塞巴斯蒂安博士解释说：“直接观察盎鲁效应，就像威廉姆·昂鲁描述的那样，对我们今天来说是完全不可能的。”“你需要一个测量设备在一微秒内加速到几乎光速，才能看到哪怕是微小的昂鲁效应。”然而，还有另一种方法来了解这种奇怪的效应——使用所谓的量子模拟器。
量子模拟器
量子物理的许多定律是普遍适用的。它们可以出现在非常不同的系统中。人们可以用同样的公式来解释完全不同的量子系统，这意味着我们可以通过研究一个不同的量子系统来了解一个特定量子系统的一些重要信息。”
模拟一个系统对于理解黑洞特别有用，因为真正的黑洞实际上是不可接近的。相比之下，在实验室里就可以很容易地制造出模拟黑洞。这也适用于盎鲁效应：如果原始版本不能被实际实践证明，那么另一个量子系统可以创建，以看到那种效应。
原子云和激光束
就像粒子在真空中是一种“扰动”一样，冷玻色-爱因斯坦凝聚态中也存在扰动——以波的形式传播的微小不规则声波。正如现在所显示的那样，这种不规则现象应该可以用特殊的激光束探测到。使用特殊技巧，尽管与激光相互作用，但玻色-爱因斯坦凝聚态受测量的影响很小。
如果移动激光束，使照明点在玻色-爱因斯坦凝聚体上移动，这就相当于观察者在真空中移动。如果引导激光束在原子云上加速运动，那么你应该能够探测到静止情况下看不到的干扰——就像一个在真空中加速的观察者会感知到静止观测者不存在的热浴。
“直到现在，昂鲁效应还是一个抽象的概念，”诺丁汉大学黑洞实验室的负责人说，“许多人已经放弃了实验验证的希望。在量子模拟中加入粒子探测器的可能性，将为我们提供新的理论模型，否则无法通过实验获得”。
在诺丁汉大学使用超流氦进行实验的初步计划已经开始。这是可能的，但非常耗时，但这将是了解一种重要效应的绝佳方式，而此前人们认为这种效应实际上是无法观察到的。
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