日本高能加速器研究機構發表新聞公報說，該機構的研究人員成功地用超級計算機模擬了宇宙黑洞的內部狀態，驗證了霍金關於黑洞輻射的理論。 


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新華網東京1月19日電，日本高能加速器研究機構日前發表新聞公報說，該機構的研究人員成功地用超級計算機模擬了宇宙黑洞的內部狀態，驗證了霍金關於黑洞輻射的理論。

公報介紹說，黑洞是質量極度集中的天體，其引力之大可以使周圍的時空發生彎曲，包括光線在內的所有物質都會被黑洞吞噬。

但英國物理學家霍金於1974年提出，黑洞也會放出光子和中子等，即存在霍金輻射，而且黑洞的質量越小，溫度越高，「蒸發」的速度就會越快。不過由於技術等方面的限制，科學家們此前一直未能驗證霍金輻射理論中溫度和能量的關係。

在這項最新研究中，高能加速器研究機構的研究人員以超弦理論為基礎開發出了一種根據頻率對「弦」的振動進行計算的新方法，從而計算出了黑洞中心附近「弦」的凝聚狀態的能量。超弦理論認為，「弦」是組成物質的最基本單元，所有的基本粒子都是弦的不同振動激發態。研究人員再把模擬計算結果繪成和溫度對應的圖表，結果顯示，黑洞能量隨溫度的變化情況與霍金的理論一致。

新聞公報說，這項研究開闢了將超弦理論應用於各種問題的可能性，使這一理論有望在探明黑洞蒸發現象、宇宙起源和萬物誕生等方面發揮重要作用。


霍金輻射



什麼是霍金輻射


　　圍繞一個蟲洞旋轉的物質，其方式和圍繞黑洞的旋轉的物質一樣，因為這兩種天體都以相同的方式擾亂了其周圍的物質運動。

　　不過，也許有一種方法可以用來分辨這兩種情況，那就是所謂的霍金輻射，只有黑洞才會輻射出這種粒子和光，而且可能有自己獨特的能量頻譜。不過這種輻射非常的微弱，非常可能被其他的輻射來源所湮沒，例如大爆炸時期留下的宇宙微波背景輻射，所以實際觀測這種輻射幾乎不可能。

　　另一個可能的不同之處在於，蟲洞沒有黑洞的事件界限。這意味著物質可以進入蟲洞，也可以再次回來。實際上，理論家稱有一類蟲洞會鏈回自己本身，也就是說這種蟲洞並不通往另一個宇宙，而是轉回到自身來。

    在"真空\'的宇宙中,根據海森堡測不準原理,會在瞬間憑空產生一對正反虛粒子,然後瞬間消失,以符合能量守恆.在黑洞視界之外也不例外.霍金推想,如果在黑洞外產生的虛粒子對,其中一個被吸引進去,而另一個逃逸的情況.如果是這樣,那個逃逸的粒子獲得了能量,也不需要跟其相反的粒子湮滅,可以逃逸到無限遠.在外界看就像黑洞發射粒子一樣.這個猜想後來被證實,這種輻射被命名為霍金輻射.由於它是向外帶去能量,所以它是吸收了一部分黑洞的能量,黑洞的質量也會漸漸變小,消失；它也向外帶去信息,所以不違反信息定律.

霍金輻射的產生


    1975年霍金（Hawking）發表了一個令人震驚的結論：如果將量子理論加入進來，黑洞好像不是十分黑！相反，它們會輕微地發出「霍金輻射」之光。（該輻射包括）有光子、中子和少量的各種有質量的粒子。這從未被觀測到過。因為我們有證據認為是黑洞的天體都被大量正墜入其中的熱氣團所包圍。這些熱氣的輻射會完全淹沒這種微弱的（輻射）效應。如果一個黑洞的質量是一個M (一個太陽質量，常作為度量天體質量的單位，譯者)，霍金預言它將只能發出6×10-8開爾文的「體溫」。所以只有很小的黑洞的輻射才會比較顯著。特別地，這種效應在理論上是很有趣的，致力於此的學者們已經花費了大量的經歷去理解量子理論如何與引力結合在一起，其後果是什麼。最富戲劇性的是：一個孤立的、不吸收任何物質的黑洞會慢慢輻射其質量；開始很慢，但越來越快。最後，在其滅亡的一瞬間將象原子彈爆炸那樣放出耀眼的光芒。然而一個質量為一個M 的黑洞的全部壽命為1071M 3秒。所以別傻等大塊頭變成鬼魂了（人們已經開始尋找在宇宙大爆炸中生成的小黑洞的滅亡，但至今未果）。

霍金輻射的理論基礎


    同在任何其他地方一樣，虛粒子在黑洞視界邊緣不斷產生。通常，它們以粒子－反粒子對的形式形成並迅速彼此湮滅。但在黑洞視界附近，有可能在湮滅發生前其中一個就掉入了黑洞。這樣另一個就以霍金輻射的形式逃逸出來。

    事實上這種論證並不清晰地與實際計算相符。從未有過標準的計算如何變形以解釋關於虛粒子溜過視界。對於此問題，需要強調的是沒有人求出過一個「狹義」的描述此類在視界邊上發生的霍金輻射問題的解釋。注意：或許這種啟發式的問答變得精確起來，但不一定能從通常的計算中求出答案。

    通常的計算中涉及巴格寥夫（Bogoliubov）變形。其想法是這樣的：當你量子化電磁場的時候，你必須採用經典物理方程（麥克斯韋Maxwell方程）並將其視為正頻和負頻兩部分的線性相加。粗略地講，一個給出粒子，另一個給出反粒子；更精確地講，這種分割暗示著對量子真空理論的定義。換言之，如果你用一種方法分割，而我用另一種方法分割，則我們關於真空狀態的觀點將不符！

    對此不必過於驚惶失措，這只是令人有些心煩。畢竟，真空可被認為是能量最低狀態。如果採用根本不同的坐標系，那麼對時間的觀念將會完全不同，由此會有完全不同的能量觀——因為能量在量子理論中被定義為參數H，時間的開方就以exp(-itH) 給出。所以從一方面講，有充分的理由認為，在經典場論中，依據不同的正、負頻劃分得到不同的解——時間依賴於exp(-i omega t) 的線性組合解，被稱為正/負頻依賴於符號omega——當然，這種選擇依賴於如何選擇時間坐標t。另一方面，可以肯定我們會有不同的關於最低能量狀態的觀點。

    現在回到作為相對論一種特殊情況的明可夫斯基（Minkowski ）平坦的時空。這裡有一叢按洛倫茲（Lorentz ）變形區分開的「慣性框架」，它們給出了不同的時間坐標系。但你可以發現，不同的坐標系給出不同的正負頻的麥克斯韋方程解的概念之間的區別並不太糟。人們也不會因這些坐標系的不同產生對最低能量態的歧義。所以所有的慣性系中的觀察者對於什麼是粒子、什麼是反粒子和什麼是真空的意見是一致的。

    但在彎曲的時空中不會有這種「最佳」的坐標系。因此即使是十分合理選擇的不同坐標系也會在粒子和反粒子或什麼是真空方面產生不一致。這些不一致並不意味著「任何東西都是相對（論）的」，因為存在完善的用以在不同坐標系系統的描述間進行「翻譯」的公式，它們就是巴格寥夫變化公式。

    所以如果黑洞存在的話：

    一方面，我們可以把麥克斯韋方程的解用最清晰的方式分割成正頻，這種分割即使是處於遙遠未來並且遠離黑洞的人也能夠做到*
    另一方面，我們可以把麥克斯韋方程的解用最清晰的方式分割成正頻，這種分割即使是處於（恆星）坍縮成黑洞（一事）發生之前的遙遠過去的人也能夠做到。

it did prove Hawking\'s theory...