圖中展示了粒子從黑洞周圍高速逃逸的景象。最新研究揭示了霍金輻射的奧祕，霍金輻射是指某些粒子能夠逃脫黑洞引力的過程。
研究團隊在一項新研究中表示，這一結果讓研究人員得以罕見地親身觀察霍金輻射，霍金預測應該從黑洞泄漏出來微弱熱輻射，並提供了關於微小推力的首個線索，這種推力理論上可能使真實黑洞緩慢蒸發。
研究團隊利用光纖桌面實驗，探測到了輻射及其長期以來人們所尋求的“反作用”，即輻射將能量反饋並重塑產生它的物體的方式。
這項新研究表示，光的行爲完全符合霍金的預測：就像溫暖物體發出的光一樣，具有確定的溫度，並且光譜會隨着頻率的升高而逐漸衰減。即使在教科書中對黑洞的通常描述應該失效的情況下，它仍然表現出這種特性。
一張信息圖解釋了霍金輻射的工作原理，這與廣義相對論的預測相反。
霍金輻射之所以著名，是因爲它處於物理學最偉大思想的交匯點。
雅各布·貝肯斯坦預言黑洞具有熵和溫度，而霍金計算了黑洞的熱輻射。在霍金-貝肯斯坦輻射中，量子物理學、廣義相對論和熱力學，這些通常相互衝突的學科匯聚到了一起。
這種衝突由來已久：廣義相對論將空間和時間描繪成平滑連續的，而量子力學則描述了一個由離散、不可預測的跳躍組成的世界，至今還沒有人能夠完全調和這兩者。
正是這種組合使得霍金輻射的研究如此困難。天文學家從未觀測到來自真正黑洞的霍金輻射，而且可能永遠也不會；這種輻射太過微弱，無法在整個宇宙中被探測到。
因此，物理學家轉而使用遵循相同方程的實驗室模型，例如用流動的水、超冷原子以及本研究中所使用的光來構建黑洞類似物。
物理學家斯蒂芬·霍金認爲，黑洞會通過一種難以捉摸的輻射丟失信息。一項新的研究聚焦於使這種現象成爲可能的機制。
用光構建黑洞，所有黑洞類比背後的訣竅都在於運動的介質。
想象一下，一個在海中游泳的人，水流速度比他快，他會被捲走。這就是事件視界之外發生的事情，也是爲什麼通常沒有任何東西能夠逃脫黑洞的原因。”
黑洞的事件視界是某種能量流，在現實生活中就是空間本身，開始以超乎任何物體速度運動的邊界。爲了重現這一現象，研究團隊需要一種能夠以光速運動的物質。他們的解決方案非常巧妙：利用光來製造這種“物質”。
在實驗中，研究人員將一束強烈的、超短的"泵浦"脈衝射入一根細的光子晶體光纖，一根玻璃絲，其內部沿長度方向排列着微小的空氣通道圖案，這使研究人員能夠精細調節光在其中的傳播方式。
當脈衝傳播時，它略微改變了玻璃對光的折射方式，形成了一個與之同步移動的移動速度障礙。隨後，一束更弱的"探測"脈衝撞上了這個移動的前沿。當探測脈衝無法再跟上時，一個人造視界形成了——黑洞模擬物就此誕生。
最終的成果體現在紫外線上。根據理論，霍金輻射是成對產生的：其中一個粒子逃逸出來，而另一個則攜帶“負”能量，是它的鏡像，最終會落入真正的黑洞。在光纖中，這個鏡像粒子以紫外線的形式出現。
團隊統計了對應於視界外霍金軌道夥伴的紫外光子，它們的波長約爲233納米。這就是我們的信號。
與觀察到這種發光現象同樣重要的是理解它的產生方式。
多年來，研究人員一直認爲光纖的霍金輻射是通過級聯反應產生的——一系列獨立的步驟，其中光首先被轉換成一種中間形式，然後再轉換成另一種，每一種形式都爲下一種形式提供能量，最終形成輻射。
但研究團隊發現，實際上，一次直接的相互作用就能完成這項工作，泵浦光和探測光在一步之內就產生了霍金輻射對。
研究人員表示，這種更爲簡單的模型或許可以推廣到其他類似現象，甚至可能推廣到真正的黑洞。
因爲能量必須來源於某個地方，所以產生霍金輻射應該會對產生它的源產生某種影響。對於真正的黑洞來說，這種影響會導致它失去質量，並在難以想象的時間尺度上完全蒸發——霍金在他1974年的里程碑式論文中描述了這一過程。此前沒有任何實驗捕捉到這種反作用力。
在這裏，研究團隊觀察到了這一點。輻射的產生使泵浦脈衝自身光的一小部分發生了輕微的顏色偏移，從而在光譜中留下了一個明顯的偏斜圖案。這種在之前的實驗中並未出現的非對稱性，正是反作用或反衝的特徵——黑洞的類似物正在默默地爲自身的發光付出能量代價。
這一結果也揭示了黑洞物理學中最棘手的難題之一：超普朗克問題。
追溯霍金輻射的起源，計算結果會進入一個任何物理學家都無法確定的領域——普朗克尺度，這個尺度極其微小，人們認爲在這個尺度下，空間和時間將失去其熟悉的意義，所有已知的物理學理論都將失效。
換句話說，霍金的預測似乎建立在一個可能並不存在的理論基礎之上。
Procopio, L. M., Aguero-Santacruz, R., Bermudez, D., & Leonhardt, U. (2026). Backreaction of stimulated Hawking radiation in an optical analogue. Nature, 655(8122), 336–341. https://doi.org/10.1038/s41586-026-10720-3
更多遊戲資訊請關註：電玩幫遊戲資訊專區
電玩幫圖文攻略 www.vgover.com
