包含一对白黑洞模拟物的光学系统的艺术家渲染。图片来源:2021年博士生,亚利桑那大学博士后研究员安东尼·布雷迪
路易斯安那州立大学的物理学家们利用量子信息理论技术揭示了一种机制,即以受控的方式放大或“刺激”霍金效应中纠缠的产生。此外,这些科学家还提出了一个在实验室中使用人工产生的事件视界来测试这一想法的方案。这些结果最近发表在体检报告“模拟白黑洞对中受激霍金辐射的量子方面”,伊万·阿格洛、安东尼·J·布莱迪和迪米特里奥斯·克拉纳斯介绍了这些想法,并将其应用于包含一对白黑洞模拟物的光学系统中。
黑洞是我们宇宙中最神秘的物体之一,很大程度上是因为它们的内部活动隐藏在一层完全遮掩的面纱后面,即黑洞的视界。
1974年,史蒂芬·霍金通过展示量子效应我们认为,一个黑洞根本不是真正的黑洞,而是发射出辐射,就好像它是一个热的天体,在所谓的“霍金蒸发过程”中逐渐失去质量此外,霍金的计算表明,发射的辐射是量子力学纠缠在黑洞内部的。这种纠缠是霍金效应的量子特征。这个惊人的结果很难,如果不是不可能的话,在天体物理黑洞上进行测试,因为微弱的霍金辐射会被宇宙中的其他辐射源所覆盖。
另一方面,在20世纪80年代威廉·安鲁的开创性文章确定纠缠Hawking粒子的自发产生发生在任何能支持有效视界的系统中。这类系统通常属于“模拟重力系统”的保护伞下,为在实验室测试霍金的想法打开了一扇窗户。
对由玻色-爱因斯坦凝聚体、非线性光纤甚至流水构成的模拟重力系统的严肃实验研究已经进行了十多年。最近在一些平台上观察到了受激和自发产生的Hawking辐射,但是由于纠缠的微弱和脆弱的特性,测量纠缠度被证明是很难实现的。
副教授伊万·阿格洛说:“我们表明,通过用适当选择的量子态照亮地平线,人们可以以可调的方式放大霍金过程中纠缠的产生。”。“作为一个例子,我们将这些想法应用到一对模拟的白黑洞共享一个内部并在非线性光学材料中产生的具体情况。”
亚利桑那大学(University of Arizona)的博士后研究员、2021年的博士生校友安东尼·布雷迪(Anthony Brady)说:“在这项研究中使用的许多量子信息工具都来自我与乔纳森·道林教授的研究生研究。“乔恩是一个有魅力的人物,他把他的魅力和非传统性带进了他的科学领域,同时也给了我建议。他鼓励我研究一些古怪的想法,比如模拟黑洞,看看我是否能将量子信息和模拟引力等不同物理领域的技术结合起来,从而产生一些新奇的东西,o他喜欢说“可爱”。"
“霍金过程是连接从量子理论到热力学和相对论等看似不相关的物理领域的最丰富的物理现象之一,”路易斯安那州立大学研究生迪米特里奥斯克拉纳斯说。“模拟黑洞为这一效应增添了一种额外的味道,同时也为我们提供了在实验室进行实验的令人兴奋的可能性。我们详细的数值分析使我们能够探索霍金过程的新特征,帮助我们更好地了解天体物理和模拟黑洞之间的异同黑洞."
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