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科學家設想霍金輻射線 或可從黑洞中制取激光

來源:不詳       更新時間:2012-11-23 11:57:43
 
    激光是令人敬畏的發明,我們可以利用它控制蟲子的大腦、制作音樂、或許還能用來抵御侵襲地球的小行星,但我們還沒從黑洞中制取過激光。不過最近,一個由物理學家和工程師組成的小組認為他們不僅發現了“霍金輻射”存在的證據,而且可以利用它來制取一種激光。
  
  一般我們認為,光線是不能從黑洞中逃脫出來的,所以從黑洞中制取激光看起來有悖直覺。但從理論上講,應該會有一些粒子從黑洞的事件視界(eventhorizon)輻射出來,這就是著名的“霍金輻射”(1974年由霍金預言,但迄今仍沒有觀測到)。
  
  來自愛丁堡赫瑞瓦特大學的物理學家丹尼爾·菲克西歐(DanieleFaccio)以及他的小組并沒有在實驗室真正制造出黑洞,不然的話會把地球吞噬掉的。實際上,他們進行的是用計算機模擬黑洞“事件視界”上的情況。如果目前的理論是正確的,那么他們的工作將能夠檢驗霍金輻射的種類是否與期望的一致。
  
  正常激光中,光子通過在鏡面間的反射進行聚焦,然后射向一個能發出更多相同頻率光子的工作介質進行增強放大。菲克西歐和他小組的論文發表在了《經典和量子引力》上。如果他們的論文是正確的,那么就可以分別用兩種不同的事件視界取代傳統激光器中的鏡面,一個視界來自黑洞,另一個視界來自白洞。
  


  菲克西歐和他的小組用激光脈沖穿過一個玻璃棱鏡,制造出了白洞事件視界的模型
  
  白洞完全是理論上的物體,與黑洞的性質完全相反。在黑洞中,事件視界標志著粒子無法逃出的邊界(你可以跨越它進入到黑洞中,但不能回頭重新跨越出來)。白洞正相反,粒子可以從白洞中出來,但任何飛向它的物體都無法進入其中。如果我們目前的量子力學理論是正確的,那么白洞應該是可能存在的。即使我們在可觀測的宇宙中還沒有發現任何白洞存在的證據。
  
  2010年,菲克西歐和他的小組用激光脈沖穿過一個玻璃棱鏡,制造出了白洞事件視界的模型,那時他們產生了利用黑洞和白洞事件視界的性質構建激光器的設想。
  
  事件視界上的光子是來自哪里呢?量子理論表明,物質和反物質虛粒子不斷地從真空中產生,當它們相遇時又會發生湮滅。如果物質和反物質粒子恰巧居于事件視界的兩側,那么它們就不會相遇發生湮滅。黑洞之外的觀測者就會意識到有粒子從暗冷的事件視界發出。
  
  菲克西歐小組的最新論文就是利用了這種現象。根據他們的模擬,當一束光線接近白洞的時候,其波長被壓縮進入紫外光區。當光線被反射回來接近另一端黑洞的時候,波長被拉伸進入紅外光區。從白洞和黑洞中發出的霍金輻射對激光的強度進行放大,把最初的微弱光束轉變成強大的激光。《新科學家》雜志報道說,當涉及實際建造這樣的激光器時,該小組仍需要想出如何構建黑洞事件視界模型的方法。
  

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