科学家们是如何在实验室中制造“声波”黑洞的?
高级美国腔 10371
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单句重复

Hawkingradiation,whichisparticlespredictedbyStephenHawkingthatareemittedbyblack

霍金辐射是由史蒂芬·霍金预测的粒子,

holes,areatthecenterofahugedebateamongphysicists.

由黑洞发射,是物理学家们争论的焦点。

Unfortunately,we’veonlyrecentlybeenabletotakeablackhole’spicture,let

不幸的是,我们直到最近才能够拍摄到黑洞的照片

alonestudythequantumparticlesitmightbegivingoff.

更不用说研究它可能发出的量子粒子了。

Soforcluesonhowrealblackholesbehave,scientistsarecreatingstand-insinalab

因此,为了寻找真正黑洞行为的线索,科学家们正在实验室里创造替代品

andtakingtheirtemperature.

并测量它们的温度。

Whatcouldbeanalogoustoablackhole,youask?

你可能会问,与黑洞类似的东西是什么?

Well,blackholescurvespace-timesomuchthatthefastestthingintheuniverse,light,

黑洞如此弯曲时空以至于宇宙中最快的东西,光,

cannotescape.

不能逃脱。

Onceitcrosseswhat’sknownastheeventhorizon,itcan’tcomeback.

一旦它穿过所谓的视界,它就不能再回来了。

Soinsteadofmakingsomethinglightcan’tescape,whatifwemadeamediumanotherwave

所以如果我们不是让光无法逃逸,而是让另一种波

cannotescape?

无法逃逸呢?

Like,sound.

喜欢的声音。

Afluidmovingatsupersonicspeedscoulddojustthat.

以超音速运动的流体可以做到这一点。

Amazinglyin1981,itwasshownthattheexactsameequationsthatdescribeeventhorizons canalsobeusedtodescribesonichorizonsinasystemlikethat.

令人惊讶的是,1981年的研究表明,描述事件视界的完全相同的方程也可以用来描述这样一个系统中的声波视界。

Themathevenpredictedvibrationscalledphonons,whichcanactasthesonicequivalent

数学甚至预测了被称为声子的振动,在适当的条件下,

ofHawkingradiationundertherightcircumstances.

声子的作用相当于霍金辐射。

Inemptyspace,virtualparticlesarepoppinginto

在空无一物的空间里,虚拟粒子一直在不断地出现,

existenceallthetime,andwhentheymeet,theyimmediatelyannihilateeachotheragain.

当它们相遇时,它们会立即再次湮灭。

Whenthesevirtualparticlesformstraddlingthecuspofaneventhorizon,however,one

当这些虚拟粒子跨越视界的尖端时,其中一个

ofthemgetssuckedintotheblackhole,whiletheotherescapes.

会被吸进黑洞,而另一个会逃逸。

Inthesameway,quantumunitsofsoundcalledphononscanariseinfluids.

同样的道理,被称为声子的量子单位也可以在液体中产生。

Innormalcircumstances,thesetinyvibrationswillmeetandcanceleachotherout,butif

在正常情况下,这些微小的振动会相遇并相互抵消,但如果

onephononformswherethefluidismovingslowerthanthespeedofsoundandit’s

流体的运动速度比声速慢,而相反的声子形成时,

oppositeformswherethefluidissupersonic,theyshouldbeseparatedandmadepermanent.

流体是超音速的,那么它们应该被分离,并成为永久性的。

Ittookuntil2009forscientiststoactuallymakeoneofthesesonicblackholes.

直到2009年,科学家们才真正制造出这样一个声波黑洞。

TheysupercooledrubidiumatomsuntiltheyformedaBose-Einsteincondensateandgot

他们对铷原子进行过冷,直到形成玻色-爱因斯坦凝聚态,并

themflowing.

并使其流动。

Byzappingthemovingfluidpartwayalongitspathwithalaser,thatsectionoffluid

通过用激光将流动的液体沿其路径的半途照射,这部分流体

wasacceleratedtosupersonicspeeds,creatingasoniceventhorizon.

流体被加速到超音速,创造了一个声波视界。

Sureenough,thescientistsobservedentangledphononsthatwereconsistentwithsonicHawking

果然,科学家们观察到纠缠的声子与声波霍金辐射是

radiation.

一致的。

Sincethatexperimentscientistshavegotevenmorecraftywiththeirblackholeanalogs,

自从那次实验以来,科学家们对他们的黑洞类似物已经有了更巧妙的处理

creatingmultiplesonichorizonsthatwouldbouncephononsbackandforth,amplifying themandmakingthemeasiertodetect.

他们创造了多个声场,可以使声子来回弹跳,放大声子,使它们更容易被探测到。

Andin2019,theyfinallymeasuredthetemperatureofthephonons,whichcouldproveHawking

2019年,他们终于测量了声子的温度,这证明了霍金

rightonacontroversialpredictionabouthisradiation.

关于辐射的一个有争议的预测是正确的。

Youheardme,thequantumsoundsalsogaveoffabitofheat,about0.35billionthsof

你们听到了,量子声音也发出了一些热量,大约是0.35万亿分之一

akelvin.

开尔文。

Hawkingpredictedhisradiationwouldalsohaveatemperature,butthosepredictions

霍金预测他的辐射也会有温度,但这些预测

areahugestickingpointforquantummechanics.

是量子力学的一大症结。

IfHawkingradiationisthermal,itwouldbearandomspreadofenergies.

如果霍金辐射是热的,它就是能量的随机扩散。

Thatwouldmeanitcarriesnoinformationaboutwhatitoncewasbeforefallinginto

这将意味着它没有携带任何关于它落入黑洞

theblackhole.

之前的信息。

Butquantummechanicstreatsinformationasindestructible,andsaysthatthepaststate

但是量子力学认为信息是不可摧毁的,并且说如果你从现在往回看,

oftheuniversecanalwaysbedeterminedifyourewindfromthepresent.

宇宙过去的状态总是可以确定的。

EitherHawkingiswrongorweneedtorethinkquantummechanics.

要么霍金错了,要么我们需要重新思考量子力学。

Unfortunatelyforquantummechanics,thefactthatthesephononshaveatemperatureconsistent

不幸的是,对于量子力学来说,这些声子的温度

withHawking’scalculationspointstoHawkingbeingright.

与霍金的计算一致,这一事实表明霍金是正确的。

Thatisofcourseassumingthatasonicblackholeisaperfectstandinforablackhole,

这当然是假设音速黑洞是黑洞的完美替代品,

andeventheresearchersbehindthisexperimentadmititmayverywellnotbe.

即使是这个实验背后的研究人员也承认它很可能不是。

Untilwecantakethetemperatureofarealblackholeorcomeupwithatheoryofquantum

直到我们能够测量一个真实黑洞的温度或者提出一个量子理论

gravitythatcombinesgravitywithquantummechanics,StephenHawking’sprediction

把引力和量子力学结合起来,史蒂芬·霍金的预测

willremainunresolved.

将无法得到解决。

Thanksforwatchingbesuretosubscribetolearnalltheweirdwayswe’retryingto

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untanglethemysteriesofblackholes,likehowtheymightbelikefuzzballs.

解开黑洞之谜的所有奇怪方式,比如它们可能像绒毛球一样。

Punabsolutelyintended. Marenspinsayarninthisvideohere.

双关语绝对的目的。 玛伦在这段视频中纺纱。

ThedisagreementbetweenHawking’spredictionsandquantummechanics’rulesaboutinformation

霍金的预言和量子力学关于信息的规则之间的分歧

isknownastheinformationparadox.

被称为信息悖论。

That’sallforme,seeyounexttimeonSeeker!

我就说这么多,下次探索者节目再见!

科学家们是如何在实验室中制造“声波”黑洞的?(How Scientists Are Making 'Sonic' Black Holes in a Lab?)

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How Scientists Are Making 'Sonic' Black Holes in a Lab ?科学家们是如何在实验室中制造“声波”黑洞的?

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