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利用“霍金辐射”从黑洞中制取激光
材料来源:互联网           录入时间:2012-10-22 8:28:36

据国外媒体报道,激光是令人敬畏的发明,我们可以利用它控制虫子的大脑、制作音乐、或许还能用来抵御侵袭地球的小行星,但我们还没从黑洞中制取过激光。不过最近,一个由物理学家和工程师组成的小组认为他们不仅发现了“霍金辐射”存在的证据,而且可以利用它来制取一种激光。

一般我们认为,光线是不能从黑洞中逃脱出来的,所以从黑洞中制取激光看起来有悖直觉。但从理论上讲,应该会有一些粒子从黑洞的事件视界(event horizon)辐射出来,这就是著名的“霍金辐射”(1974年由霍金预言,但迄今仍没有观测到)。

来自爱丁堡赫瑞瓦特大学的物理学家丹尼尔·菲克西欧(Daniele Faccio)以及他的小组并没有在实验室真正制造出黑洞,不然的话会把地球吞噬掉的。实际上,他们进行的是用计算机模拟黑洞“事件视界”上的情况。如果目前的理论是正确的,那么他们的工作将能够检验霍金辐射的种类是否与期望的一致。

正常激光中,光子通过在镜面间的反射进行聚焦,然后射向一个能发出更多相同频率光子的工作介质进行增强放大。菲克西欧和他小组的论文发表在了《经典和量子引力》上。如果他们的论文是正确的,那么就可以分别用两种不同的事件视界取代传统激光器中的镜面,一个视界来自黑洞,另一个视界来自白洞。

白洞完全是理论上的物体,与黑洞的性质完全相反。在黑洞中,事件视界标志着粒子无法逃出的边界(你可以跨越它进入到黑洞中,但不能回头重新跨越出来)。白洞正相反,粒子可以从白洞中出来,但任何飞向它的物体都无法进入其中。如果我们目前的量子力学理论是正确的,那么白洞应该是可能存在的。即使我们在可观测的宇宙中还没有发现任何白洞存在的证据。

2010年,菲克西欧和他的小组用激光脉冲穿过一个玻璃棱镜,制造出了白洞事件视界的模型,那时他们产生了利用黑洞和白洞事件视界的性质构建激光器的设想。

事件视界上的光子是来自哪里呢?量子理论表明,物质和反物质虚粒子不断地从真空中产生,当它们相遇时又会发生湮灭。如果物质和反物质粒子恰巧居于事件视界的两侧,那么它们就不会相遇发生湮灭。黑洞之外的观测者就会意识到有粒子从暗冷的事件视界发出。

菲克西欧小组的最新论文就是利用了这种现象。根据他们的模拟,当一束光线接近白洞的时候,其波长被压缩进入紫外光区。当光线被反射回来接近另一端黑洞的时候,波长被拉伸进入红外光区。从白洞和黑洞中发出的霍金辐射对激光的强度进行放大,把最初的微弱光束转变成强大的激光。《新科学家》杂志报道说,当涉及实际建造这样的激光器时,该小组仍需要想出如何构建黑洞事件视界模型的方法。

菲克西欧和他的小组用激光脉冲穿过一个玻璃棱镜,制造出了白洞事件视界的模型,于是产生了利用黑洞和白洞事件视界的性质构建激光器的想法。


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