科學(xué)家們越來越接近能夠發(fā)現(xiàn)霍金輻射 —— 這種難以捉摸的熱輻射被認(rèn)為是由黑洞的事件視界產(chǎn)生的。只是，理解這種輻射的概念很棘手，更不用說找到它了。

一項(xiàng)新的研究建議，創(chuàng)建一種特殊的量子電路來充當(dāng)“黑洞激光器”，從本質(zhì)上模擬黑洞的某些特性。與之前的研究一樣，這個想法是，專家們可以觀察和研究霍金輻射，而無需實(shí)際觀察任何真正的黑洞。

黑洞激光示意圖

實(shí)際上，基本原理比較簡單。黑洞是扭曲時空的物體，甚至連光波都無法逃脫。將時空換成其他一些物質(zhì)（例如水）并使其流動得足夠快，這樣通過的波就會慢得無法逃逸，這樣你就得到了一個相當(dāng)基本的模型。

許多例子還包括一個“白洞”等價物 —— 一種向后的黑洞，波只能逃逸，但不能進(jìn)入。

在最新的設(shè)計(jì)嘗試中，研究人員建議使用一種具有自然界中沒有的結(jié)構(gòu)材料，這種材料經(jīng)過精心設(shè)計(jì)，使其內(nèi)部的粒子移動速度比光通過的速度更快。

上圖：黑洞激光器的圖示

主持這項(xiàng)研究的日本廣島大學(xué)的物理學(xué)家Haruna Katayama表示：“超材料元素使霍金輻射在視界之間來回傳播成為可能。”

新設(shè)計(jì)的目的是將霍金輻射放大到足以被測量的程度，為了實(shí)現(xiàn)這一點(diǎn)，Haruna Katayama還使用了所謂的約瑟夫森效應(yīng) —— 一種不需要任何電壓的連續(xù)電流流動的現(xiàn)象。

在超材料的使用和約瑟夫森效應(yīng)的幫助下，這一提議有望超越以往的嘗試，即在理論上解釋“黑洞激光器”可能是什么樣子，即使實(shí)際組裝一個黑洞激光器還有待完成。

研究表明，這樣的電路可能會產(chǎn)生所謂的孤子 —— 一種局部的、自我增強(qiáng)的波形，能夠保持其速度和形狀，直到系統(tǒng)被外部因素破壞。

物理學(xué)家Haruna Katayama解釋道：“與之前提出的黑洞激光器不同，我們的版本在單個孤子內(nèi)形成了一個黑洞/白洞腔，霍金輻射在孤子之外發(fā)射，因此我們可以對其進(jìn)行評估。”

最終，該系統(tǒng)將允許以數(shù)學(xué)方式測量兩個粒子（一個在事件視界內(nèi)，一個在事件視界外）之間的量子相關(guān)性，而無需同時觀察它們。

這就是霍金輻射被認(rèn)為是如何產(chǎn)生的，作為糾纏粒子對。它的發(fā)現(xiàn)，將使我們更接近一個統(tǒng)一的循環(huán)理論，將量子力學(xué)和廣義相對論聯(lián)系在一起。

當(dāng)然，要使這種黑洞激光器成為現(xiàn)實(shí)，仍然存在挑戰(zhàn)。但如果科學(xué)家能夠正確地配置它，它不僅使我們能夠觀察霍金輻射，也可能給我們提供控制它的工具，開辟一系列新的可能性。

物理學(xué)家Haruna Katayama還表示：“在未來，我們希望開發(fā)這個系統(tǒng)，利用霍金輻射在不同的時空之間進(jìn)行量子通信。”