史蒂芬霍金輻射¹——黑洞事件視界²發出的量子粒子——連接了重力與量子力學及熱力學³,⁴,⁵。然而,史蒂芬霍金輻射從未在天文學中被觀測到,僅存在於實驗室的類比系統⁶,⁷,⁸,⁹中,且在太空中觀測到的機率極小⁹。史蒂芬霍金輻射的能量必須來自黑洞周圍的重力場²,但場量子如何產生霍金量子至今仍是未知。在此,我們報告了在事件視界的光學類比系統¹⁰,¹¹中產生史蒂芬霍金輻射過程的實驗與理論證據。在此類比系統中,如同在重力場²中一樣,人們一直認為史蒂芬霍金輻射來自一個複雜的級聯過程¹²;而我們在此理論上識別出了一個簡單、直接的過程,並在實驗中觀察到此過程如何反作用於場。我們的發現暗示了其他實驗類比系統⁶,⁷,⁸,¹³,¹⁴,¹⁵,¹⁶,¹⁷中存在一個同樣直接的過程,甚至可能也存在於重力場中,從而闡明了黑洞可能如何輻射。
科學 85
光學類比中的史蒂芬霍金輻射反作用力研究
史蒂芬霍金輻射是連接重力、量子力學與熱力學的關鍵概念,但至今未在天文觀測中證實。本研究在光學類比實驗中,首次提出並實驗驗證了產生史蒂芬霍金輻射的直接過程,並觀察到此過程對場的反作用力。這項發現不僅為其他類比實驗提供了新思路,也可能揭示黑洞輻射的機制,並對重力場的量子效應有更深入的理解。
值得注意此研究在實驗上證實了史蒂芬霍金輻射的產生機制,並觀察到其反作用力,對基礎物理學有重大影響。
原文來源: Nature