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独自在实验室里造黑洞的人

时间:2019-03-22|栏目: 天文 • 物理 |点击:2

    独自在实验室里造黑洞的人

    【图注】图为杰夫·施泰因豪尔在实验室里模拟黑洞。图片来源:Nitzan Zohar,Office of the Spokesperson,Technion

    杰夫·施泰因豪尔(Jeff Steinhauer)曾经也是玩过乐队的人。多年前,他在以色列理工学院(Israel Institute of Technology,简称Techenion)的物理系还与同伴组乐队玩摇滚,他打架子鼓。而近期他却“单飞”了,而且新的工作是捕获噪音,而非制造噪音。

    自2013年起,施泰因豪尔就开始独自完善在实验室里人工制造的吸收声音的系统,类似于宇宙中黑洞捕获光的系统。这项研究需要加速超冷原子,使其产生振动——也就是声波,而声波无法从介质中逃脱,这就类似黑洞以其洪水猛兽般的引力捕获光辐射的过程。

    8月15日,施泰因豪尔在《自然·物理学》(Nature Physics)上发表论文,称他在实验中仿造的黑洞能够通过量子力学效应发出声波,这与物理学家史蒂芬·霍金(Stephen Hawking)在42年前的预言一致[2],即黑洞能够发出辐射。霍金辐射(Hawking radiation)从未被观测到,但是如果施泰因豪尔的研究被证实,那么用声波来类比可能不失为一种探究霍金辐射的方法。

    最令物理学家们震惊的是,该发现是施泰因豪尔独自一人发表的。加拿大英属哥伦比亚大学的物理学家威廉·盎鲁(William Unruh)表示,其他大多数做类似工作的研究组都至少有几个博士后和博士生。威廉·盎鲁正是1981年首次预言利用声波也可以模拟黑洞这一想法的物理学家[3]。他说:“研究团队只有一人,这很罕见。”

    然而对于施泰因豪尔的同事们,或者其他在以色列理工学院物理系工作过的人来说,这件事并不稀奇。在提到施泰因豪尔这个人时,他们用了饱含激情、独来独往以及不屈不挠这样的词,说他一个人在实验室里就相当于一个“乐队”。“他非常坚持己见,有时甚至可以说是固执。”盎鲁说道。在施泰因豪尔的指导下获得硕士学位的沙哈尔·里诺特(Shahar Rinott)说:“他是我见到过最追求完美的完美主义者。”施泰因豪尔在2010年同6位合作者发表论文,报道了首个用声波类比来模仿黑洞的结果4,里诺特正是合作者之一。这六位合作者当时都是施泰因豪尔的硕士学生,但是后来都离开了实验室。里诺特还表示,当仪器出现微小的故障时,哪怕并不妨碍实验的进行,施泰因豪尔都会中断工作,直到弄清楚状况为止。里诺特表示,当初选择离开施泰因豪尔的实验室,是因为他想在读博士期间,跟随一个能够允许更多独立性的导师。

    施泰因豪尔表示自己并不是一开始就打算独自工作的。最近几个月里,他已经聘请了一位博士后同他一起工作。他说:“或许大家都认为在我的实验室里工作很难,但只是因为此前我招的硕士生都觉得很难掌握实验所需的知识。”无论如何,只有自己一个人的实验室也有其优势,他说:“我可以每一天每一刻都专注在这一个重要项目上。”

    施坦因豪尔刚刚度过他的50岁生日,但他始终坚持不懈、独立自主,并且勇于冒险。在以色列理工学院的办公室里,他一直保留着一辆童年时自己组装的竞赛自行车。他在美国加州洛杉矶长大,小时候他的旧自行车在一场近乎致命的车祸中被轧坏,他也撞破了门牙,这辆竞赛自行车就是他用保险赔偿金买来零件后自己组装的。

    1995年,施坦因豪尔从加州大学洛杉矶分校博士毕业,毕业后他决定去以色列,一部分原因是自己的犹太血统。他在工作还没找到,住处只供短暂停留的情况下毅然乘上了去往以色列特拉维夫的飞机。“我的母亲以为我过几个月就会回去。”他说。但是除了2002年在海外做博士后的那一年,他就一直生活在以色列了。

    施坦因豪尔的架子鼓还在以色列理工学院物理大楼的地下室里保存着。若要问他最喜欢什么歌,那必然是美国摇滚乐队声音花园(Soundgarden)演唱的《太阳黑洞》(Black Hole Sun)。

    撰文罗恩·考恩(Ron Cowen)

    翻译王微晓

    审校丁家琦

    参考文献:

    1.Steinhauer,J. Nature Physics https://dx.doi.org/10.1038/nphys3863 (2016).

    2.Hawking,S. W. Nature 248,30–31 (1974).

    3.Unruh,W. G. Phys. Rev. Lett. 46,1351 (1981).

    4.Lahav,O. et al. Phys. Rev. Lett. 105,240401 (2010).

    原文链接:

    https://www.nature.com/news/one-man-band-the-solo-physicist-who-models-black-holes-in-sound-1.20437

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