天文引力最大将有什么现象？把浩瀚宇宙缩小到实验室，用事实说话！( 二 ) |

例如，物理学家想知道宇宙大爆炸时黑洞附近，或者大爆炸发生前后究竟是什么情况。当波也具有量子特性时，就会发生最有趣的事情。这种情况下，粒子，也叫声子，是与波相互关联。然而，为了研究量子行为，流体实验还无法满足其需求。

本文插图
在模拟引力领域，理论遥遥领先于实验。但是近些年，实验学家已经迎头赶上了，他们现在也已经能够测试量子行为。至于流体引力的类比实验，实验者可以使用低粘度流体的近似值，这就意味着接近零粘度的超流体是测试量子效应的理想系统。对于超流体，物理学家使用数十亿个原子的冷凝物，激光捕获这些原子并使其运动。但这项技术仍具有实验挑战性。直到最近几年，物理学家才能够利用超流体冷凝物，来研究最有趣的模拟引力情况：黑洞蒸发。

本文插图
图片来源：朱佩/阿拉米
黑洞蒸发是由事件视界周围弯曲时空中物质场的量子效应引起的。流体可以模拟这种时空弯曲，同时，由于数学描述不变，会产生由声子（而不是光子）组成的类似辐射。这种辐射确实在两年前就观测到了，这证实了史蒂芬·霍金1974年的预测，即近视界区域（黑洞视界或声视界）会产生粒子的热分布。

本文插图
然而，早期实验无法证实霍金辐射中最有趣的一面：视界内外的粒子共享彼此信息。按照霍金的计算，这些粒子是“纠缠的伙伴” ，也就是说它们各自的量子数没有明显的价值；相反，它们能以多种方式共享属性。

本文插图
图解：霍金和霍金辐射
图片来源：乌尔夫·莱昂哈特
纠缠对的典型例子是，两个总自旋为零的粒子向相反的方向运动。向左运动的粒子自旋+1 ，向右运动的粒子自旋-1 ，反之亦然。但这是我们所掌握的的唯一信息：单个粒子测量前没有预先设定的自旋值。视界内外的霍金辐射粒子应该就是这样形成纠缠对。

本文插图
黑洞辐射是否在视界内纠缠已然成为一个紧迫的问题，因为这决定信息落入黑洞后的命运。如果粒子纠缠在一起并保持纠缠状态，其中一个粒子最终必将落入奇点进而被摧毁。这种破坏使其他粒子处于一种模棱两可的状态：信息已被删除。但这种信息擦除在量子力学中是禁止发生的，这就会构成一个巨大的难题：物理学家不知道如何用量子理论协同引力工作。以色列理工学院的杰夫·斯坦豪尔，正在进行一项全新的实验，测量了模拟黑洞中霍金辐射的纠缠度，可以在arxiv网站上查看他的实验结果。

本文插图
图片来源：版权2014-2015 理工学院物理系杰夫·斯坦豪尔教授
斯坦豪尔教授用电磁场捕获超流体冷凝物，使用激光使其运动以产生流。他没有改变流速，而是改变影响声速的冷凝物密度。结果，一半流体的速度低于声速，另一半流体的速度高于声速，这就产生了声视界。他随后便测量了视界两侧流体波动，研究二者是如何联系起来的。
他的测量证实了霍金辐射由纠缠对组成。然而，斯坦豪尔只能确认高频下的纠缠对，无法确认低频下的纠缠对。目前还不清楚，这一初步结果到底是由于实验的不确定性造成的，还是因为辐射的普遍特性产生的。如果这种理论成立的话，这种关联性的缺乏可能会为信息从视界逃逸打开一扇门，从而可能为黑洞信息悖论提供解决方案。