使原子不可见的曲速驱动实验最终可以检验斯蒂芬霍金最著名的预测

根据安鲁效应，一个以接近光速行进的加速物体应该被一群微弱发光的粒子包围 （图片来源：EDUARD MUZHEVSKYI ）

一项新的曲速实验最终可以间接检验著名物理学家斯蒂芬霍金关于黑洞的最著名预测。

新的提议表明，通过推动一个原子变得不可见，科学家们可以瞥见空灵的量子辉光，它包裹着以接近光速行进的物体。

这种称为 Unruh（或 Fulling-Davies-Unruh）效应的发光效应会导致快速加速的物体周围的空间似乎被一大群虚拟粒子填充，从而使这些物体沐浴在温暖的光芒中。由于这种效应与霍金效应密切相关——被称为霍金辐射的虚拟粒子自发地出现在黑洞的边缘——长期以来，科学家们一直渴望发现一个作为另一个存在的暗示。

但是发现任何一种影响都非常困难。霍金辐射只发生在可怕的黑洞边缘附近，要达到安鲁效应所需的加速度可能需要曲速驱动。现在，4 月 26 日发表在《物理评论快报》杂志上的一项研究中，一项开创性的新提议可能会改变这一点。它的作者说，他们已经发现了一种机制，可以通过一种可以有效地使物质隐形的技术来显着提高安鲁效应的强度。

科学家在 1970 年代首次提出，安鲁效应是来自量子场论的众多预测之一。根据这一理论，不存在空虚的真空。事实上，任何空间都充满了无穷无尽的量子级振动，如果给予足够的能量，它们可以自发地爆发成几乎立即相互湮灭的粒子-反粒子对。任何粒子——无论是物质还是光——都只是这个量子场的局部激发。

1974 年，斯蒂芬霍金预测，黑洞边缘——它们的事件视界——感受到的极端引力也会产生虚拟粒子。

根据爱因斯坦的广义相对论，引力会扭曲时空，因此量子场越接近黑洞奇点的巨大引力牵引力就越扭曲。由于量子力学的不确定性和怪异性，这会扭曲量子场，从而产生不同移动时间的不均匀口袋以及随后整个场的能量峰值。正是这些能量失配使虚拟粒子从黑洞边缘的虚无中出现。

就像霍金效应一样，安鲁效应也通过量子力学和爱因斯坦预言的相对论效应的奇怪融合创造了虚拟粒子。但这一次，扭曲不是由黑洞和广义相对论引起的，而是来自近光速和狭义相对论，这表明物体越接近光速，时间就会越慢。

根据量子理论，一个静止的原子只能通过等待一个真正的光子激发它的一个电子来增加它的能量。然而，对于一个加速的原子来说，量子场的波动加起来看起来就像真正的光子。从加速原子的角度来看，它将穿过一群温暖的光粒子，所有这些都会加热它。这种热量将是安鲁效应的一个明显迹象。

但是产生这种效果所需的加速度远远超出了任何现有粒子加速器的能力。一个原子需要在不到百万分之一秒的时间内加速到光速——承受每秒平方千万亿米的引力——才能产生足够热的辉光，让当前的探测器能够发现。

要在短时间内看到这种效果，你必须有一些令人难以置信的加速度，如果你有一些合理的加速度，你必须等待很长一段时间——比宇宙的年龄还要长——才能看到可测量的效果。

为了使这种效果成为现实，研究人员提出了一种巧妙的替代方案。光子使量子涨落变得更密集，这意味着即使在相当小的加速度下，原子在被高强度激光的光击中时在真空中移动，理论上也可以产生安鲁效应。然而，问题是原子也可以与激光相互作用，吸收激光以提高原子的能级，产生的热量会淹没由安鲁效应产生的热量。

但研究人员发现了另一种解决方法：一种他们称之为加速诱导透明度的技术。如果原子被迫沿着非常特定的路径穿过光子场，原子将无法“看到”特定频率的光子，从而使它们对原子基本上是不可见的。因此，通过菊花链式连接所有这些解决方法，该团队将能够在这个特定的光频率下测试安鲁效应。

使该计划成为现实将是一项艰巨的任务。科学家们计划建造一个实验室大小的粒子加速器，在用微束撞击电子的同时将电子加速到光速。如果他们能够检测到这种效应，他们计划用它进行实验，特别是那些能够让他们探索爱因斯坦相对论和量子力学之间可能联系的实验。

广义相对论和量子力学理论目前仍然有些矛盾，但必须有一个统一的理论来描述宇宙中事物的运作方式。我们一直在寻找一种将这两个重要理论结合起来的方法，这项工作通过为测试新理论和实验提供机会，帮助我们拉得更近。