據(jù)《福布斯》雜志報(bào)道，黑洞像喜歡捕獲光一樣，喜歡捕獲人們的想象力。它們的質(zhì)量大得驚人，人們認(rèn)為，位于星系中心的黑洞比太陽(yáng)大幾十億倍。它們非?？膳?，什么都逃不脫黑洞引力的“魔爪”。即使光與它相比，速度也顯得太慢。它們非常奇特，有人認(rèn)為，它們能讓時(shí)間放慢腳步?，F(xiàn)在，科學(xué)家準(zhǔn)備在實(shí)驗(yàn)室里模擬制造這樣的東西出來(lái)。
在實(shí)驗(yàn)室制造黑洞
黑洞非常古怪，有觀點(diǎn)認(rèn)為，它們使物質(zhì)以我們至今無(wú)法理解的方式行動(dòng)，因此，它們也許掌握著一些最棘手的物理學(xué)問(wèn)題的答案。只要我們能看到它們，就有希望找到答案。
現(xiàn)在科學(xué)家正準(zhǔn)備在實(shí)驗(yàn)室里利用“超材料(metamaterials)”制造黑洞。超材料是結(jié)構(gòu)已經(jīng)發(fā)生改變的常見(jiàn)物質(zhì)，因此它們可以使光和聲音表現(xiàn)出古怪的行為方式。2008年，加利福尼亞大學(xué)伯克利分校的張翔(Xiang Zhang)利用超材料制成一件隱形斗篷(invisibility cloak)。張翔使用的這種材料不是反射光，而是改變物體周圍光線的方向，使人無(wú)法看到它。
經(jīng)過(guò)特殊設(shè)計(jì)，這些超材料可以使光線射進(jìn)去，不過(guò)一旦進(jìn)入，光線就無(wú)法再逃逸出來(lái)，這跟黑洞十分相似。當(dāng)然，它們并不像黑洞那樣，利用強(qiáng)大的引力吞噬周圍太空。事實(shí)上它們非常小，幾乎沒(méi)有質(zhì)量。達(dá)特默斯研究生保羅·內(nèi)森(Paul Nation)在8月發(fā)表在《物理評(píng)論快報(bào)》雜志中，詳細(xì)介紹了一種制造黑洞的方法，他惋惜地說(shuō)：“我們并沒(méi)擁有一整顆可供我們自行支配的太陽(yáng)。因此我們考慮光可能進(jìn)入了它附近的黑洞。”
把量子力學(xué)和廣義相對(duì)論統(tǒng)一起來(lái)
去年，蘇格蘭圣安德魯大學(xué)的托馬斯·菲爾斌(Thomas Philbin)和同事們?cè)O(shè)計(jì)了一個(gè)系統(tǒng)，他們利用該系統(tǒng)可以看到黑洞的邊緣是什么樣的。10月，中國(guó)南京東南大學(xué)毫米波國(guó)家重點(diǎn)實(shí)驗(yàn)室的兩名科學(xué)家陳強(qiáng)(Qiang Cheng)和崔鐵軍(Tie Jun Cui)發(fā)表一篇論文，聲稱他們已經(jīng)制成一個(gè)超材料黑洞，這個(gè)黑洞可“吞噬“微波，再也不讓它逃出來(lái)。
內(nèi)森和他的同事們建議建造一個(gè)非常特殊的超材料黑洞體系，用它探測(cè)愛(ài)因斯坦的廣義相對(duì)論和量子力學(xué)這兩個(gè)杰出的物理學(xué)理論在哪里才能統(tǒng)一起來(lái)。廣義相對(duì)論描述了巖石和恒星等巨大的物體的行為方式。量子力學(xué)描述了電子等微小物體的行為方式。這兩個(gè)理論都經(jīng)得起試驗(yàn)，而且它們都精確的非常令人難以置信。但是量子力學(xué)無(wú)法與萬(wàn)有引力統(tǒng)一起來(lái)，萬(wàn)有引力似乎在非常小的范圍內(nèi)就不起作用了。物理學(xué)家對(duì)這種結(jié)果也感到迷惑不解。他們不清楚為什么會(huì)是這樣。他們希望能有一些解釋——一些“量子引力”理論，能適用于所有情況。
黑洞是廣義相對(duì)論中一個(gè)極端實(shí)例。黑洞的物質(zhì)最密集，引力最強(qiáng)，時(shí)空被彎曲的使光線無(wú)法正常通過(guò)。當(dāng)然，它們都是難解之謎。我們無(wú)法直接看到它們，我們只能通過(guò)觀測(cè)它們附近天體的行為，推測(cè)它們就在那里。可以描繪黑洞的計(jì)算面臨一些問(wèn)題。計(jì)算過(guò)程中，奇點(diǎn)突然出現(xiàn)，這里的數(shù)字趨于無(wú)限大，根本沒(méi)有任何實(shí)際意義。希望量子引力理論可以解決這些問(wèn)題。
霍金在視界發(fā)現(xiàn)有趣現(xiàn)象
20世紀(jì)70年代，斯蒂芬·霍金教授通過(guò)研究發(fā)現(xiàn)，黑洞的邊緣，即所謂的“視界”，存在一些與量子力學(xué)有關(guān)的有趣結(jié)果。自然產(chǎn)生的粒子和反粒子在這里相遇后，會(huì)立即彼此摧毀對(duì)方，永遠(yuǎn)消失。如果一對(duì)光子正好出現(xiàn)在黑洞的視界上，一個(gè)會(huì)掉進(jìn)黑洞，另一個(gè)則會(huì)從視界逃逸出來(lái)。從視界逃逸出來(lái)的光子被稱作“霍金輻射”。
內(nèi)森說(shuō)：“這是量子力學(xué)和廣義相對(duì)論開(kāi)始互動(dòng)的地方?！眱?nèi)森在他的論文中描寫了一個(gè)可以模擬視界的超導(dǎo)電路，科學(xué)家可以利用這個(gè)電路研究霍金輻射，甚至獲得一些有關(guān)量子引力的線索。他說(shuō)：“你可以進(jìn)行多方面研究，你可以制定特定模式，獲得你希望的結(jié)果，你可以描述一些我們一點(diǎn)也不熟悉的現(xiàn)象。我們?cè)O(shè)計(jì)這個(gè)電路的目的就是檢測(cè)量子力學(xué)的基本特性?！?br>
第一次做這方面試驗(yàn)
內(nèi)森建議利用一系列被稱作超導(dǎo)量子干涉器(SQUID)的東西制造一個(gè)超導(dǎo)電路。每個(gè)超導(dǎo)量子干涉器就是一個(gè)超導(dǎo)線圈，中間有兩個(gè)地方用不是超導(dǎo)體的金屬片阻斷。電子成對(duì)沿一個(gè)超導(dǎo)體運(yùn)行，撞到普通金屬片時(shí)，它們會(huì)分開(kāi)，從金屬線里穿過(guò)。電子沿電路表現(xiàn)出的這種古怪行為，跟在視界的行為方式非常相像。
內(nèi)森說(shuō)：“確實(shí)能做這項(xiàng)實(shí)驗(yàn)讓我們感到非常興奮。以前從沒(méi)有人做過(guò)這方面的試驗(yàn)，不過(guò)我們的研究和其他方面的研究都是長(zhǎng)期目標(biāo)。這些研究非常困難，但是并非不可行?！边@些小黑洞可能缺乏超大質(zhì)量黑洞的喜劇效果，例如位于銀河中心的黑洞使我們的太陽(yáng)系處于一個(gè)舒適的運(yùn)行軌道上。如果內(nèi)森和同事們的推測(cè)是正確的，這些結(jié)果甚至能幫助我們了解一個(gè)更大的問(wèn)題：宇宙中的萬(wàn)事萬(wàn)物是如何運(yùn)行的。
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