物理界40年黑洞戰爭 台大模擬類比可望破解

加速反射鏡可以模擬黑洞蒸發效應。圖左為黑洞霍京輻射及其被困在黑洞事件視平線的對偶型;圖右則為一個加速的反射鏡也有視平線,也會輻射霍京粒子及困住對偶型。兩者的相似性可以從愛因斯坦的「等價原理」來理解。(台大提供)

2017-01-24  15:43

〔記者蕭玗欣/台北報導〕物理學界吵了40年的「黑洞戰爭」可能有解了!自從霍京(Stephen Hawking)1974年發現黑洞蒸發效應,就引起物理學界對「黑洞蒸發是否會導致信息遺失」的正反爭論。台灣大學物理系教授陳丕燊和法國綜合理工大學教授Gerard Mourou提出新穎的實驗構想,在實驗桌上打造「類比黑洞」,來模擬黑洞蒸發的晚期,可望為40年的物理悖論提出新解。

台大物理系及天文物理所教授兼「梁次震宇宙學與粒子天文物理學中心」主任陳丕燊,與法國綜合理工大學教授兼「國際超強雷射科技中心」主任Gerard Mourou 共同在論文中,提出一個新的實驗構想,利用日新月異的超強雷射及奈米技術打造「類比黑洞」,藉以模擬黑洞蒸發的晚期。該論文登上今年1月的國際重量級物理學術期刊《物理論壇通訊》。

霍京在1974年發現黑洞蒸發效應後,物理學界對於黑洞蒸發是否會導致信息遺失,持續進行了正反兩面的爭論,幾乎所有當代最有影響力的理論物理學家,都加入了這埸「黑洞戰爭」。

信息遺失問題的重要性在於,其觸及量子力學的基本出發點,那就是在任何一個物理的過程中,它的機率必須守恆,而黑洞蒸發似乎破壞了這條基本戒律,暗示著相對論與量子力學或許不能相容。

台大表示,這個黑洞信息遺失悖論已經困擾物理學界40幾年,因為它撼動了物理學的根基。但過去的研究僅止於理論的爭辯,極少有實驗進展。

研究團隊運用奈米技術,製造出密度逐漸加大的薄膜靶,將超強雷射打進薄膜後,會瞬間把薄膜融成電漿並產生反射鏡,而當雷射及電漿反射鏡逐漸進入薄膜中密度較大的「深水區」時,它們將會逐漸加速。

雷射結束薄膜穿越時,電漿反射鏡也隨之突然停止,就像黑洞蒸發到最後完全消失一樣,提供關於信息遺失悖論極珍貴的實證基礎。

該篇論文也被期刊「物理論壇通訊」選作編輯推薦,美國物理學會的網路雜誌也於本月23日以專文推薦介紹。陳丕燊目前已組織國際團隊,要把這個實驗儘快付諸實現。

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