一项新的扭曲速度的实验最终可以间接检验著名物理学家史蒂芬·霍金关于黑洞的最著名预测,科学家们希望通过轻推一个原子使其隐形,然后就可以看到以接近光速飞行的物体周围产生的以太量子辉光。以太量子辉光效应,也被称为Fulling Davies Unruh效应,理论预测快速加速的物体周围的空间会被一群虚拟粒子填满,使这些物体沐浴在温暖的辉光中。由于这种效应与霍金效应密切相关,在霍金效应中,被称为霍金辐射的虚拟粒子会自发地出现在黑洞的边缘,科学家们一直渴望验证这个理论是否是正确的。
霍金辐射只发生在黑洞视界附近,要达到Unruh效应所需的加速度,需要极快的加速度和难以想象的重力,在前几天科学家们的一项开创性的新提议可能会改变这一现状。该研究的作者表示,他们已经发现了一种机制,通过一种能够有效地使物质隐形的技术,可以显著增强Unruh效应的强度。美国某大学科学家们表示:“现在,至少我们知道,在我们的一生中,我们有可能真正看到这种效果,这是一个艰难的实验,无法保证我们能够做到,但这个想法最接近以太量子辉光Unruh理论的实验。”
Unruh效应最早由科学家于20世纪70年代提出,是量子场论中众多预测之一。根据这一理论,不存在真空。事实上,宇宙空间都充满了无限的量子尺度振动,如果给予足够的能量,这些振动可以自发爆发成粒子,反粒子对,它们会立即相互湮灭。任何粒子,无论是物质还是光,都只是这个量子场的局部激发。1974年,史蒂芬·霍金预测,黑洞视界感受到的极端引力也会产生虚拟粒子。
根据爱因斯坦的广义相对论,引力会扭曲时空,因此量子场越靠近黑洞奇点就越扭曲。由于量子力学的不确定性和奇异性,这会扭曲量子场,正是这些能量不匹配使得虚拟粒子从黑洞边缘看似虚无的物体中浮现出来。加拿大的一位科学家表示:“科学家普遍认为黑洞并不完全是黑色的,相反,正如史蒂芬·霍金所预测的那样,黑洞会发射辐射。像霍金效应一样,Unruh效应也将通过量子力学和相对论的融合创造了虚拟粒子。但这一次,它们不是由黑洞和广义相对论引起的扭曲,而是来自近光速和狭义相对论,这说明物体越接近光速,时间运行越慢。”
现在的问题是,产生这种效果所需的加速度远远超出了任何现有粒子加速器的能力。一个原子需要在不到百万分之一秒的时间内加速到光速,然后才能产生足够热的辉光,使电流探测器能够发现。为了实现这种效果,美国和加拿大科学家提出了一种巧妙的替代方案。光子使量子涨落变得更为密集,这意味着原子在受到高强度激光照射时会快速移动,从理论上讲,即使在相当小的加速度下,也可能产生Unruh效应。然而问题是原子也可能与激光相互作用,吸收激光以提高原子的能级,产生的热量会淹没Unruh效应产生的热量。
所以科学家们发现了另一种解决方法:一种他们称之为加速诱导透明的技术。如果原子被迫沿着一条非常特定的路径穿过光子场,原子将无法“看到”特定频率的光子,使原子不可见。实现这一计划将是一项艰巨的任务,科学家们计划建造一个实验室大小的粒子加速器,该加速器将电子加速到光速,同时用微波束撞击电子。如果他们能够检测到这种效应,他们计划进行进一步实验,特别是那些能够让他们探索爱因斯坦相对论和量子力学之间可能存在的联系的实验。

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