科學家在黑洞實驗室通過量子真空產生聲波

量子認知

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安魯效應（英語：Unruh effect）預測：一名加速運動的觀察者可以觀測到慣性觀察者無法看到的黑體輻射，即加速運動的觀察者會發現自己處在一個溫暖的宇宙背景中。通俗來說，一名等加速度觀察者攜帶的溫度計，排除掉其他可能的溫度來源貢獻後，仍可測到一個不為零的溫度。

安魯效應結合了量子物理學和相對論。到目前為止無法測量或觀察它。現在，由諾丁漢大學領導的團隊進行的新研究已經闡明了如何使用聲音粒子來實現這一目標。該小組的研究成果已發表在《物理評論快報》上。

安魯效應表明，如果以極高的加速度飛越量子真空，則真空不再像真空：而是看起來像是充滿粒子的溫水浴。這種現象與黑洞的霍金輻射密切相關。

諾丁漢大學黑洞實驗室的研究團隊與不列顛哥倫比亞大學和維也納科技大學合作研究表明，與其研究加速時粒子突然變得可見的空白空間，不如研究一個二維的雲。玻色-愛因斯坦凝聚物的超冷原子中無聲聲子真空中的加速觀察者可以聽到聲音粒子聲子。聲音不是由探測器產生的，而是由於加速而聽到的聲音，未加速的探測器仍然聽不到任何聲音。

真空充滿粒子

愛因斯坦相對論的基本思想之一是：測量結果可能取決於觀察者的運動狀態。時鐘滴答有多快？一個物體有多長？光線的波長是多少？對此沒有統一的答案，結果是相對的，這取決於觀察者移動的速度。但是，某個像是一個完美的真空空間是否為空？至少兩個觀察員不應該對此表示同意嗎？

不可以，因為對於一個觀察者來說看起來像是一個完美的真空，而對另一觀察者可能是一團湍流的粒子和輻射。威廉·安魯（William Unruh）於1976年發現安魯效應時說，對於一個強烈加速的觀察者來說，真空具有溫度。這是由於所謂的虛擬粒子引起的，這些虛擬粒子還負責其他重要的影響，例如霍金輻射會導致黑洞蒸發。

維也納科技大學原子研究所研究員Sebastian Erne博士解釋說，“直接觀察安魯效應，就像威廉·安魯所描述的那樣，今天對我們來說是完全不可能的，”“將需要一個在微秒內加速到幾乎光速的測量設備，才能看到微小的安魯效應，我們無法做到這一點。”但是，還有另一種了解這種奇怪效果的方法：使用所謂的量子模擬器。

量子模擬器

維也納工業大學的JrgSchmiedmayer說：“許多量子物理學定律是通用的。它們可以證明發生在非常不同的系統中。可以使用相同的公式來解釋完全不同的量子系統。” “這意味著經常可以通過研究不同的量子系統來學習有關特定量子系統的重要知識。”

黑洞實驗室的Cisco Gooding博士強調說：“將一個系統與另一個系統進行模擬對於理解黑洞特別有用，因為實際上無法訪問真正的黑洞。” “相比之下，模擬黑洞很容易在實驗室中產生。”

對於安魯效應也是如此：如果無法為實際原因證明原始版本，則可以創建和檢查另一個量子系統以查看那裏的效應。

原子雲和激光束

就像粒子在空的空間中是“干擾”一樣，玻色-愛因斯坦冷凝結液中也有擾動，微小的不規則性聲波會在波中散開。這種不規則性應該可以用特殊的激光束檢測出來。使用特殊技巧，盡管與激光相互作用，但玻色-愛因斯坦凝聚物受測量的影響很小。

約爾格·施密德邁爾（Jrg Schmiedmayer）解釋說：“如果移動激光束，以使照明點移動到玻色-愛因斯坦冷凝物上，則相當於觀察者在空白空間中移動。如果以加速運動的方式引導激光束在原子雲上方，那麼應該能夠檢測到靜止情況下看不到的干擾，就像在真空中加速觀察者會感覺到靜止觀察者所沒有的熱浴一樣。”

諾丁漢大學黑洞實驗室的席爾克·溫福特教授說：“直到現在，安魯效應還是一個抽象的概念，許多人已經放棄了進行實驗驗證的希望。將粒子檢測器納入量子模擬的可能性，將會為我們提供對理論模型的新見解，而這些理論模型是無法通過實驗獲得的。”

諾丁漢大學正在進行以使用超流氦進行該實驗的版本。Jrg Schmiedmayer解釋說：“這是可能的，但非常耗時，而且我們需要克服一些技術障礙。” “但是，這將是了解以前認為實際上無法觀察到的重要影響的絕妙方法。”

參考：Interferometric Unruh Detectors for Bose-Einstein Condensates, Physical Review Letters (2020). DOI: 10.1103/PhysRevLett.125.213603

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