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需要视界产生霍金辐射吗？

作者：Michael Schirber 文，葛韶锋 译
注释：Black Holes that Don't Trap, from Physical Review Focus (译文 1265字)
相关网址：http://focus.aps.org/story/v18/st12

摘要/内容：

30年前霍金发现，黑洞可以发出辐射，这就意味着它们并不真的是黑的。而最新的研究表明，黑洞有可能并不一定是洞。2006年10月27日出版的《物理学评论快报》上，理论家们发现在类似于黑洞的流体（如果我们把向下的液流类比于引力的作用，液流的运动由类似于黑洞的方程决定）中存在类似霍金辐射的声波激发。令人吃惊的是，虽然没有出现伴随黑洞存在的无法逃离的区域，流体中依然出现了霍金波（Hawking Wave）。这个结果表明，科学家可以在实验室中比预期更容易地产生霍金类型的辐射。这个小组猜测，真实的黑洞可能同样存在这种状态，但是也有一些专家对此表示怀疑。


物体一旦落入黑洞的视界，就不能向任何方向发出信号。视界通常被认为是产生霍金辐射的地方，但是新的研究表明，视界并不是产生霍金辐射的必要条件。

对于任何在黑洞附近徘徊的物体而言，存在不可逃离点（即一旦越过黑洞周围的某个球壳就永远无法离开黑洞）这个点也被称为视界（Event Horizon）。霍金认为，虽然广义相对论预言任何物体一旦进入视界就无法逃离，但考虑到量子力学，视界会使粒子产生，其中具有足够能量的粒子可以摆脱引力的束缚而产生辐射。

不幸的是，霍金辐射非常微弱，很难被测量。因此有一些研究者们尝试着用间接的方法（即模拟黑洞）来验证这个理论。这种模拟系统常常是能够以类似于黑洞俘获物质的方式俘获声波或是光波的固态或液态系统。比如说量子流体，包括液氦（Liquid Helium），其中有一部分的运动速度超过声速。在这种超声速区域中的游泳者可以高喊救命，但是没有人会听到他的呼救声，因为声音不会传播到静态区域。描述这种声音俘获过程的方程与黑洞漏斗状时空类似。声学视界理论预言，声音可以以类似于霍金辐射的方式，以量子化的声波（声子，Phonon）的形式从超声速区域逃逸出来。

研究人员期望能够在实验室中观测到类似于霍金辐射的声子辐射，以便能够对它做深入的研究。但是到目前为止还没有人成功过，这部分是由于超声速流的不稳定性以及紊流使得这种测量非常困难。但是按西班牙格兰纳达（Granada）Andalucía天体物理所的Carlos Barceló及其同事的预言，超声速流并不是产生霍金辐射的必要条件。

这个小组对顺着一个窄管向下流动的无粘性流体建立了模型进行模拟。他们得到的结论是：首先，流体的速度随着沿窄管向下距离的增加而加速；其次，速度的最大值随着时间而增大。当向下流动的流体达到声速的时候，他们通过计算发现向上流动的观测者应该可以听到霍金辐射。而且，这个小组发现他们可以慢慢地加速（使得非常接近，但没达到声速），在这种情况下同样的声子辐射也出现了。来自意大利的里雅斯特（Trieste）国际高等研究学院的合作者Stefano Liberati说：“这真是让人吃惊，我一直期待着看到这种现象，现在终于看到了。”

研究者们猜测，一颗正在塌缩的星球甚至不用形成视界就可以产生霍金辐射。在远处它看起来仍然像是一个黑洞，只要它在不断地塌缩，因为光线会受到严重弯曲的时空的干扰。但是来自温哥华不列颠剑桥大学（University of British Columbia）的William Unruh认为这种情况是不真实的。他说：为了产生预期的辐射星球必须收缩到产生视界的程度，它们之间的差别非常之小，小到没有物理意义上的差别。

原始文献
Hawking-Like Radiation Does Not Require a Trapped Region
Carlos Barceló, Stefano Liberati, Sebastiano Sonego, and Matt Visser
Phys. Rev. Lett. 97, 171301 (预印本)
(issue of 27 October 2006)

starrain

这个实验是霍金辐射在低速状态下的近似，作为百分百的证据可能有点勉强。

正在塌缩的星球不用形成视界就可以产生霍金辐射，大致可以理解，但辐射的量应该更小以致于更难观测