霍金辐射是什么？科学家用“垃圾桶”和塑料球就能研究宇宙问题！

时间：2024-06-15 03:15

点击：

霍金辐射是什么？科学家用“垃圾桶”和塑料球就能研究宇宙问题！

生活多姿多彩，知识无处不在。大家好，我是海忆，今天我们聊的话题是：科学家如何运用“垃圾桶”模拟巨行星和黑洞运行。说到黑洞，大家只是好奇，但是你有没有想过科学家是怎么研究黑洞的，说出来你们可能都不敢相信。确实科学家就是用“垃圾桶”来模拟黑洞运行！

有时候，一些有创造力的科学家，按照正常思维研究问题需要走很长一段路。从而他们都会脑洞大开，想出奇怪的想法。接下来，我们就来看看科学家是怎么运用“垃圾桶”来研究巨行星和黑洞的！

天文学也是实验科学

我们通常认为天文学不是一门实验科学。但是天文学家有时候确实需要用模拟模型或物理模型来模拟，并依赖于空间中的某些东西相同的数学模型。而这些模型似乎是非常规的，因为有时研究宇宙，可以从垃圾桶中制造气体巨行星，从声音中制造黑洞。接下来带你们来看看木星云层，它已经让我们着迷了几个世纪。但我们对此还有很多不了解的地方，比如很难判断它们有多深。于是天文学家从探测器和计算机模拟中研究了很多东西，但模拟总是包含着假设。你假设事情以某种方式运行，然后看看会发生什么。

用垃圾桶去研究行星

因此，天文学家也许能够制造出看起来像木星的虚拟行星，但天文学家需要一种方法来知道这些虚拟行星的行为是否也像木星。为此天文学家需要做实验。那么，如何在地球上进行这些实验呢？木星中的气体和液体都是流体，它们以相似的方式对旋转等力作出反应。所以，既然木星是一个巨大的旋转的气体碗，天文学家就可以通过一个巨大的旋转的水盆来研究它。于是在2017年，一群科学家将一个巨大的工业垃圾桶装满了水。然后把它放在一个特殊的桌子上，当垃圾桶星球旋转时，它每分钟可以旋转75次。研究小组在罐子底部安装了一个水泵，让水通过一系列小孔进行循环。用这个相当简单的装置来模拟湍流，模拟水的运动方式与气体，在木星上的运动方式相同。

恒星是如何运转的？

我们知道一颗年轻的恒星，是由引力和磁场作用让尘埃聚集在一起而形成的。这些团块以某种方式变成了行星，但这可能需要数百万年的时间。所以有很多开放性的问题。同样，模拟可以感觉到一些差距，但很难知道它们是否有助于我们理解这个过程，或者只是擅长制造某些恒星系统。因此，科学家们提出了球和弹簧。这是因为，模拟经常需要通过处理附近尘埃颗粒之间的磁场来简化恒星附近的环境，因为磁场可以将尘埃颗粒分开或拉在一起。这个想法是，这些磁场将灰尘移动到充满其他物质的地方，导致团块成长为行星，这听起来很复杂，但至少对于某些磁场，没有人直接证实弹簧实际上是一个很好的支架，然后出现了2019年的一篇论文。

模拟模型的伟大之处

作者从一个球和一个代表两个尘埃颗粒的固定竖柱开始，并用带有磁场的弹簧将它们连接起来。这模型基本上是“绳球”，科学家为了把这个设置变得更好，于是把它滴上一滴水，从而在测试中会像尘埃一样围绕着一颗恒星旋转。球开始以与附近的水相同的速率运动，就像尘埃颗粒围绕恒星运行一样。但随着时间的推移，神奇的一面发生了，球开始来回移动。水将球推入弹簧，弹簧将球推出不同的距离。有时候，就像磁场一样把尘埃推到不同的轨道上。这听起来像一个简单的测试。但这模拟模型确实可以捕捉到一些关于行星是如何形成的信息。

史蒂芬·霍金辐射

在这之间有很多步骤可以充分理解行星的形成，但这只是一个开始，它正在帮助我们了解一些很难直接观察到的东西，从而继续研究黑洞。这些万有引力的无底洞很难研究，因为一旦你通过了所谓的黑暗世界，甚至连光都无法逃脱。正如我们所知，物理学它也会在超越地平线的某个地方崩溃。例如，霍金预言，在黑暗世界的边缘，黑洞会产生光，或者是我们所说的霍金辐射。现在的问题是，气体在黑洞周围，自身产生大量辐射，这会淹没霍金预测的那种辐射。所以我们还不能确认霍金辐射的存在。幸运的是，研究小组已经在实验室中通过模拟模型研究了黑洞，模拟模型通过制造一个屏障来模拟黑暗世界，其中产生了一些看起来很像霍金辐射的东西。

黑洞的“喷口世界”

这是通过用激光轰击原子云，直到其中一组原子在云中的移动速度超过这个声速，来制作一个模型，就像一条湍急的河流。声波可以进入这股气流，但不能出去，因为气体的运动速度比声音快，就像光可以进入黑洞，然后发生了一件惊人的事情。在屏障两边产生了声音，从而模拟了一个“喷口世界”，就像霍金预测的辐射将出现在真正的黑洞周围一样。但这不足以说明霍金辐射确实存在。现在，一些物理学家说真正的黑洞确实是这样的。所以，这就是实验的伟大之处。很难甚至不可能进入行星和黑洞，但我们有很多工业垃圾桶，弹簧和激光可以模拟。