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在真空黑暗中探测光的新理论

摘要黑洞是具有巨大引力的时空区域。科学家们最初认为,没有什么能逃脱这些巨大物体的边界,包括光。自从阿尔伯特爱因斯坦的广义相对论提出了它

黑洞是具有巨大引力的时空区域。科学家们最初认为,没有什么能逃脱这些巨大物体的边界,包括光。

自从阿尔伯特爱因斯坦的广义相对论提出了它们存在的可能性以来,黑洞的精确性质一直受到挑战。其中最著名的发现是英国物理学家斯蒂芬霍金的预测,即一些粒子实际上是在黑洞边缘发射的。

物理学家还探索了真空的工作原理。在 1970 年代初期,当霍金描述光如何逃离黑洞的引力时,加拿大物理学家威廉·恩鲁提出,一个加速足够快的光电探测器可以在真空中“看到”光。

达特茅斯 (Dartmouth) 的新研究详细介绍了一种产生和检测以前被认为无法观察到的光的方法,从而推进了这些理论。

“在日常意义上,这些发现似乎令人惊讶地表明了从真空中产生光的能力,”埃莉诺和 A. 开尔文史密斯物理学杰出教授、该研究的高级研究员迈尔斯·布伦考说。“从本质上讲,我们从无到有创造了一些东西;这个想法非常酷。”

在经典物理学中,真空被认为是没有物质、光和能量。在量子物理学中,真空并不是那么空,而是充满了在存在和不存在中波动的光子。然而,这种光实际上是不可能测量的。

科学已经证明在真空中观察光是可能的,该团队着手寻找一种可行的方法来检测光子。

该理论发表在Communications Physics 上,预测快速加速的金刚石膜中基于氮的缺陷可以进行检测。

在拟议的实验中,一个邮票大小的合成钻石包含基于氮的光探测器,被悬挂在一个产生真空的超冷金属盒中。膜就像一个拴着的蹦床,以巨大的速度加速。

“钻石的运动会产生光子,”作为研究生撰写理论论文的博士后研究员,Guarini '21 的 Hui Wang 说。“从本质上讲,你需要做的就是剧烈摇晃某物以产生纠缠光子。”

这项由国家科学基金会支持的研究首次探索使用多个光子探测器——金刚石缺陷——来放大加速度并提高探测灵敏度。振荡钻石还可以让实验在可控空间内以极高的加速度进行。

“钻石探测到的光子是成对产生的,”许说。“这种成对纠缠光子的产生证明光子是在真空中产生的,而不是来自其他来源。”

检测到的光存在于微波频率中,因此人眼不可见,但 Blencowe 和 Wang 希望这项工作能像其他理论研究一样,增加对对社会做出贡献的物理力的理解。特别是,这项工作可能有助于通过爱因斯坦的研究镜头,为霍金对辐射黑洞的预测提供实验启示。

“成为像我们这样的理论家的部分责任和乐趣是将想法提出来,”布伦考说。“我们试图证明做这个实验是可行的,以测试迄今为止非常困难的事情。”