本報記者 陳 丹 綜合外電

　　利用超冷流體將聲波困住，以色列科學家在實驗室中創造出了一個能發出霍金輻射的類黑洞。所謂霍金輻射，就是預測中的因量子力學效應而能夠逃脫黑洞的粒子。這項發表在《自然·物理學》雜誌上的重要成果有朝一日可望幫助解決黑洞“資訊悖論”問題——物理學家斯蒂芬·霍金40年前預言，黑洞並不是全黑的，有少量的輻射能夠擺脫黑洞的強大引力，問題由此産生：編碼在輻射中的資訊是否也能一併逃脫？

　　黑洞不黑，可能會有粒子逃出

　　量子理論認為，能量的大幅波動可能會在瞬間發生，這意味著宇宙真空並不空，而是會發生漲落，在瞬間憑空産生一對正反虛粒子，然後又彼此湮滅，瞬間消失，以符合能量守恒。如果粒子—反粒子對正好出現在黑洞視界（即黑洞的邊緣）附近，又將如何？

　　黑洞一向以“只進不出”著稱，引力強大到連光都無從逃脫。但按照霍金的推想，粒子對除了一起湮滅，或者一起落入黑洞，也可能存在第三種情況：粒子對發生了分離，一個被吸進黑洞，另一個卻以霍金輻射的方式逃逸出來。在外界看，這就像黑洞發射粒子一樣，這一理論也在很大程度上改變了人們對於黑洞的認知。

　　不過，天體物理學家至今尚未檢測到宇宙黑洞所發出的霍金輻射。而另一種驗證霍金理論的方法，就是在實驗室中模擬視界。

　　 實驗室中“困住”聲波，演示類霍金輻射現象

　　為此，以色列理工學院物理學家傑夫·斯坦豪爾帶領團隊開始了實驗室研究。據《自然》雜誌網站近日報道，他們將一團銣原子冷卻到比絕對零度高出不到10億分之一攝氏度，在這樣的低溫下，銣原子緊密排列，表現得如同一個單一的、流動的量子物體，讓研究人員更易操控。低溫也確保這種玻色—愛因斯坦凝聚態的流體能夠提供一個無聲的介質，讓量子波動産生的聲波從中通過。

　　接下來，斯坦豪爾利用鐳射操控超冷流體，使其速度快於音速。就像游泳的人在水中對抗著強大的水流，聲波也要逆著流體的方向前進，如同被“困住”一樣。超冷流體也因此變成了一個萬有引力視界的替代物。

　　在實驗室真空中，一道突然出現的聲波和一道突然消失的聲波，正好可以模擬真空宇宙裏的粒子—反粒子對。而那些跨越這個聲音視界的聲波對，就相當於在演示霍金輻射。為了將這些聲波放大到足以被探測器捕捉到，斯坦豪爾在第一個聲音視界內建立了第二個聲音視界，同時調整超冷流體，使聲波不能通過第二個視界並被反彈回來。由於聲波反覆撞擊週邊的第一個視界，更多的聲波對被創造出來，從而將霍金輻射放大到可被檢測的水準。

　　雖無法完美匹配，但卻是最接近的

　　有些研究人員認為，這個讓斯坦豪爾耗時5年才完善的實驗室模型到底有多接近於模擬霍金輻射，目前還不清楚。雖然斯坦豪爾對聲波進行了放大，但他只檢測到了輻射的一個頻率，因而無法肯定其是否擁有預測中的真正的霍金輻射所擁有的不同頻率強度。斯坦豪爾目前正在改進技術，以便無需放大聲波輻射就能研究他的人造黑洞，進而探討黑洞“資訊悖論”問題。

　　這項研究也有助於物理學家在不相容的量子理論與萬有引力之間取得協調，萬有引力是自然界中唯一沒有被量子力學理論框架規範的力。霍金輻射是量子力學和廣義相對論相結合的産物，而一個人造黑洞有可能為研究如何讓二者“聯姻”提供一個機會。

　　英國赫瑞瓦特大學實驗物理學家丹尼爾·法喬稱，斯坦豪爾的研究“可能是最強大、最明確的證據”，表明實驗室模型可以在廣義相對論和量子力學之間模擬現象。2010年，法喬的團隊報告説，他們探測到了與霍金輻射類似的現象，但此後又承認他們看到的其實是另一種不同的現象。

　　美國馬利蘭大學物理學家泰德·雅各布森在1999年就指出，類霍金輻射現象可在實驗室中被觀察到，但他表示，到目前為止，利用聲音實驗來了解黑洞仍然是“沒影兒的事”。在雅各布森看來，這項新實驗的價值在於探索超冷原子的物理現象。

　　加拿大不列顛哥倫比亞大學的理論物理學家威廉·昂魯認為，即使這種聲波輻射無法完美匹配霍金輻射，但在探測霍金輻射方面，“它是最接近的”。