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cyqdesign

2021-11-22 12:26

實(shí)驗(yàn)表明可從真空中檢測到光子

自從阿爾伯特·愛因斯坦的廣義相對論提出黑洞存在的可能性后，黑洞的確切性質(zhì)就受到了挑戰(zhàn)。其中最著名的發(fā)現(xiàn)是英國物理學(xué)家斯蒂芬·霍金的預(yù)測，即一些粒子實(shí)際上是在黑洞的邊緣發(fā)射出來的。物理學(xué)家還探索了真空的工作原理。在20世紀(jì)70年代初，當(dāng)霍金在描述光如何能夠逃脫黑洞的引力時(shí)，加拿大物理學(xué)家威廉·恩魯提出，一個(gè)加速足夠快的光電探測器可以在真空中“看到”光。來自達(dá)特茅斯學(xué)院的一項(xiàng)新研究通過詳細(xì)說明一種產(chǎn)生和檢測以前被認(rèn)為是無法觀察到的光的方法，推進(jìn)了這些理論。

“從日常意義上講，這些發(fā)現(xiàn)似乎令人驚訝地表明有能力從空曠的真空中產(chǎn)生光，”達(dá)特茅斯學(xué)院埃莉諾和A.凱爾文-史密斯杰出物理學(xué)教授、該研究的高級(jí)研究員Miles Blencowe說�！氨举|(zhì)上，我們從無到有創(chuàng)造了一些東西；想到這一點(diǎn)就非�？��！�

在經(jīng)典物理學(xué)中，真空被認(rèn)為是沒有物質(zhì)、光和能量。在量子物理學(xué)中，真空則是充滿了波動(dòng)存在的光子。然而，這種光幾乎不可能被測量。

愛因斯坦廣義相對論的一個(gè)部分，即“等效原理”，在霍金對輻射黑洞的預(yù)言和恩魯對加速光電探測器見光的預(yù)言之間建立了聯(lián)系�！暗刃г怼闭f的是，重力和加速度在根本上是不可區(qū)分的。在一個(gè)沒有窗戶的加速電梯里的人將無法確定他們是被重力、慣性力，還是被兩者作用。

因此，如果黑洞的引力能夠在真空中創(chuàng)造光子，那么加速度也可以。

由于科學(xué)已經(jīng)證明觀察真空中的光是可能的，達(dá)特茅斯學(xué)院的團(tuán)隊(duì)開始尋找一種切實(shí)可行的方法來檢測光子。

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達(dá)特茅斯學(xué)院的研究理論預(yù)測快速加速的鉆石膜中基于氮的缺陷可以進(jìn)行檢測。在擬議的實(shí)驗(yàn)中，含有氮基光探測器的郵票大小的合成鉆石被懸掛在一個(gè)創(chuàng)造真空的超冷金屬盒中。這層膜就像一個(gè)拴住的蹦床，以巨大的速度被加速。

研究論文解釋說，由此產(chǎn)生的腔體真空的光子生產(chǎn)是集體增強(qiáng)和可測量的，當(dāng)探測器數(shù)量超過一個(gè)臨界值時(shí)，真空光子生產(chǎn)經(jīng)歷了一個(gè)從正常階段到"一個(gè)增強(qiáng)的類似超日照的倒置發(fā)光階段"的相變。

"鉆石的運(yùn)動(dòng)產(chǎn)生光子，"博士后研究員王暉說，他在達(dá)特茅斯學(xué)院讀研究生時(shí)撰寫了這篇理論論文。"從本質(zhì)上講，你所需要做的就是猛烈地?fù)u晃一些東西，足以產(chǎn)生糾纏的光子。"

達(dá)特茅斯學(xué)院的論文研究了使用多個(gè)光子探測器--鉆石缺陷--來放大膜的加速度并提高檢測靈敏度。振蕩鉆石也允許實(shí)驗(yàn)在一個(gè)可控的空間內(nèi)以強(qiáng)烈的加速率進(jìn)行。

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"我們的工作是第一次探索當(dāng)有許多加速的光電探測器而不是一個(gè)時(shí)會(huì)發(fā)生什么，"Blencowe說。"我們發(fā)現(xiàn)了從真空中創(chuàng)造光的量子增強(qiáng)放大效應(yīng)，其中許多加速探測器的集體效應(yīng)比單獨(dú)考慮它們更大。"

為了證實(shí)檢測到的光子來自真空而不是周圍環(huán)境，研究小組證明了該理論觀察到的"糾纏光"，這是量子力學(xué)的一個(gè)明顯特征，不能來源于外部輻射。

"鉆石檢測到的光子是成對產(chǎn)生的，"研究人員說。"這種成對的、糾纏的光子的產(chǎn)生，證明了光子是在真空中產(chǎn)生的，而不是來自其他來源。"

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在真空中觀察光的建議并不具有直接的適用性，但研究小組希望它能像其他理論研究一樣，增加對物理力量的理解，為社會(huì)作出貢獻(xiàn)。特別是，這項(xiàng)工作可能有助于通過愛因斯坦的等價(jià)原理，對霍金關(guān)于輻射黑洞的預(yù)測進(jìn)行實(shí)驗(yàn)說明。