霍金辐射是黑洞研究中最核心的概念之一,却也是最难验证的。这种由黑洞边缘发出的微弱粒子流,强度低到根本无法直接观测。几十年来,理论物理学家被困在这个僵局里:你知道它存在,却永远无法用实验证实。
现在,几支研究团队找到了一条绕过观测困境的路径。他们没有建造更大的望远镜,而是转向了一种被称为"双重复制"(double copy)的数学工具——这个2010年被发现的理论,能把广义相对论的计算"翻译"成粒子物理学的语言。
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这两个理论本属于物理学的不同阵营。标准模型描述微观粒子的行为,广义相对论则解释引力。表面上看,它们毫无交集。但双重复制揭示了一个隐藏的数学对称性:广义相对论中的许多现象,在标准模型里都有对应的粒子版本,只是公式中某个部分出现了两次。
伦敦玛丽女王大学的理论物理学家Chris White说:"这让我们能够计算以前完全无法计算的东西,只是用一种巧妙的方式回收已有的结果。"
问题在于,霍金辐射一直缺失这个"翻译版本"。它连接了极大与极小——庞大的黑洞向外喷射微观粒子——这种跨尺度的特性让双重复制难以套用。White团队刚刚在《高能物理杂志》接受发表的论文中,完成了这个缺失的环节。
他们的发现是:在标准模型的语言里,霍金辐射的数学对应物是一个带电粒子,从一个正在坍缩的带电物质球壳上散射出去。这个场景与黑洞发射霍金辐射在数学上完全等价。
另外两组研究者在2月的《物理评论快报》上独立发表了几乎相同的结论。亚利桑那州立大学的Cynthia Keeler评价称,找到霍金辐射的双重复制类比"构成了这些技术的重大进展"。
对物理学家Anton Ilderton来说,这一系列论文的意义在于证明:黑洞的物理本质已经被编码在标准模型之中,只是需要正确的数学透镜才能看见。
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