超强激光与“霍金-安鲁辐射”实验研究进展综述

对利用激光进行霍金-安鲁辐射实验的研究现状和实验挑战点等方面进行综述。霍金-安鲁辐射是量子引力理论的重要推论之一。对其进行实验观测研究,将对量子引力理论、大统一理论、乃至万物终极理论的发展具有重要推动作用。霍金-安鲁辐射可以通过强激光、储存环、潘宁阱、声学、玻色-爱因斯坦凝聚等各种实验手段加以研究,其中借助强激光有两类方法:人工光学黑洞和强激光加速。前者是利用介质的非线性效应,产生一个光波传播的视界,进而对视界附近的量子现象,包括霍金-安鲁辐射,进行研究;后者是利用超强激光场对电子施加的超高加速度来研究电子的霍金-安鲁辐射等特性。     

浅议微波背景辐射探测中的系统误差

 四十年的历程--从三组科学家到两代卫星
当WMAP ( Wilkinson MicrowaveAnisotropy Probe,威尔金森微波各向异性探测器)于2003年发布首年探测结果时,许多人为之欢呼鼓舞,因为精确宇宙学的时代似乎终于到来了。这是一颗耗资巨大的天文卫星,工作在日地系统的第二拉格朗日点上,专门用于探测宇宙微波背景辐射的各向异性。它的前辈是著名的COBE 卫星,提到COBE 卫星,我们不得不上溯到1964 年美国科学家彭齐亚斯(Arno Penzias)和威尔逊(RobertWilson)发现微波背景辐射的工作。当时他们在测试一套灵敏的天线系统时发现了意料之外的噪声,这噪声非常顽固,无论他们把天线转向何处都不会消失,而且不分白天黑夜,四季长存。他们想了很多办法,但无论如何都清除不掉,最后他们认为这只能是来自广袤空间的一种均匀分布的无线电背景信号。奇妙的是,早在16 年前美国科学家阿尔弗(Ralph Alpher)和赫尔曼(Robert Herman)就预言了这样一种信号的存在,并认为它是宇宙大爆炸在多年膨胀冷却后的残留。也许是当时信息传递不如现在这么迅速广泛,这一日后赫赫有名的预言在那时并非尽人皆知,至少彭齐亚斯和威尔逊就没有把这个同他们的工作联系起来。但幸运的是,在离他们不远的普林斯顿大学,由罗伯特·迪克(Robert Dicke)领导的另一个小组知道这一预言,并正在设法验证它。不过实验尚未开始,罗伯特·迪克便了解到了彭齐亚斯和威尔逊的工作。他意识到自己已经不必再把实验做下去了,因为彭齐亚斯和威尔逊实际上已经看到了他们企图搜寻的东西。在1965 年,三组科学家的工作连在了一起,为大爆炸宇宙学提供了最强有力的证据：微波背景辐射。     

宇宙微波背景辐射的发现

一、Penzias和 Wilson检测到 多余的天线温度 1963年初,在美国贝尔实验室,两位年青人把一台通讯接收设备改为射电望远镜,开始了他们的射电天文学事业.一位是来自哥伦比亚大学的A.APenzias,另一位是来自加利福尼亚理工学院的R.W.Wilson.两人都是在1962年取得博士学位的. 他们原来的计划是测量银河系内高纬星系的银晕辐射[1].他们的射电望远镜由天线和辐射计组成.采用的20ft喇叭型天线是该实验室于1960年为接收从“Echo”卫星上反射回来的信号而建造的,包括一个逐渐扩展的方形波导管(喇叭)和一个扇形旋转抛物面反射器.喇叭的顶点跟抛物面…     

“关于黑洞辐射问题的分析”文中的两个问题

 在《现代物理知识》2003年第一期中的“关于黑洞辐射问题的分析”一文中,作者对几个问题出现了错误的理解和计算。先分别列举如下:一、说“霍金是这样理解黑洞蒸发的:如果在黑洞中有一颗粒子,它的位置在黑洞中被很好的定义,这意味着它的速度不能被精确的定义。所以粒子的速度就有可能超过光速,这使得它可能从黑洞中逃逸出来,粒子就这样缓慢地从黑洞中泄露出来。”实际情况却非如此。霍金在1974年解释黑洞辐射时指出:黑洞的辐射只有通过量子效应来实现。黑洞附近的真空产生虚粒子对,虚粒子对在不断的产生和消失,虚粒子对的质量与能量涨落关系符合爱因斯坦的质能关系,寿命遵从不确定性原理。     

宇宙将永远膨胀下去

 大部分宇宙学家认为,宇宙─-它目前的膨胀速度比以往任何时候都缓慢─-最终或者会逐渐地实际上停顿下来,不再膨胀;或者膨胀停止后会重新开始收缩。现在,两位研究人员表明,根据来自宇宙背景辐射探测卫星（ＣＯＢＥ）测量到的数据,可以判断;宇宙将会无限期地膨胀下去．微波背景辐射存在的踪迹遍及整个宇宙,它被认为是宇宙大爆炸的遗迹．在天空的不同区域,这一辐射的温度有着轻微的差别,其数值为十万分之一左右．人们认为,这种差别为星系的形成──当宇宙处于青的期时──提供了线索．爱因斯坦的广义相对论指出,宇宙会拥有三种可能模型中的一种,每种模型同时也决定了宇宙的命运．     

宇宙奥秘的探索者——著名物理学家霍金

正2018年3月14日凌晨3时46分,英国物理学家史蒂芬·霍金(Stephen William Hawking)去世,享年76岁。霍金(1942~2018),当代著名的物理学家、宇宙学家、数学家、思想家、哲学家、英国剑桥大学教授,研究领域为天体物理学、理论物理学、数学等。霍金的主要研究是关于宇宙论和黑洞,证明了广义相对论的奇性定理和黑洞面积定理,提出了黑洞蒸发理论和无边界的霍金宇宙模型,在统一20世纪物     

霍金（Hawking．Stephen William，1942-）英国物理学家（Physicist,England）

霍金在剑桥大学获得博士学位，研究的是宇宙论中最深奥的问题。他将相对论和量子论结合在一起，提出了有关黑洞这一发生着引力坍缩现象的奇特天体的理论。他提出了两条有趣的、但仍有待于观测事实验证的看法（有关黑洞的一切看法都是如此）：第一，在宇宙大爆炸发生之际，各种质量的黑洞都是有可能生成的；因此，宇宙空间里目前仍可能存在着“微型黑洞”。第二，由量子力学可知，黑洞是可以“挥发”掉的：质量越小，“挥发”速度越高。伴随这一过程有伽玛射线产生，它可暴露出黑洞的身份。     

宇宙极早期的剧涨

 在为数众多的宇宙演化理论中,目前为大多数科学家所接受的就是热宇宙标准模型,即我们通常所说的大爆炸学说.大爆炸学说是建立在爱因斯坦的广义相对论和近代物理理论基础上的,它得到了与观察事实相符合的一系列结论,譬如:它可解释目前的宇宙处在膨胀之中和宇宙中氦的丰度等,并预言了宇宙中存在3K微波背景辐射(已于1965年由彭齐斯和威尔逊证实,他们俩为此荣获了1978年度的诺贝尔物理学奖金).但是,就像通常刚建立的物理理论一样,随着研究的进一步深入,科学家们发现了它的几个致命缺陷,这些缺陷可归纳为以下几点:一、视界问题.这是在解释可观察宇宙的大尺度均匀性时所遇到的问题.在微波背景辐射的研究中已证实宇宙有一个非常重要的特征量--宇宙等效温度,简称宇宙温度.根据微波背景辐射中已测出的辐射能量密度及其频率,再利用普朗克黑体辐射公式,就可知道当今的宇宙温度为2.7K;这说明了宇宙在大尺度范围内是处在热平衡之中的(否则就没有宇宙温度可言).但大爆炸理论诉告我们:在混沌初开时,宇宙是一个灼热的奇点.但随着爆炸过后,需要多长时间才能达到热平衡状态呢?     

时间箭头起源浅析

 时间是一个非常古老的话题,数千年来它一直受到古今中外人们的强烈关注。从孔夫子“逝者如斯夫”的感性赞叹,到霍金“时间简史”的理论探讨.     

第二讲宇宙微波背景辐射

简单介绍了近年来关于宇宙微波背景辐射在观测上取得的重大进展，以及有关它的解释、理论和意义．宇宙微波背景是我们了解宇宙奥秘的一个至关重要的窗口．在未来几年，它还将扮演更加重要的角色．     

动态球对称Einstein-Yang-Mills-Chern-Simons黑洞的霍金辐射

用Hamilton-Jacobi方法研究了动态球对称Einstein-Yang-Mills-Chern-Simons 黑洞事件视界处的隧穿辐射特征及其黑洞事件视界处的温度. 其结果表明,黑洞温度及隧穿率与黑洞的固有性质及其动态特征有关. 这对于进一步研究动态黑洞的热力学性质及其相关问题是有意义的. 其方法的重要意义在于研究这类动态黑洞的霍金辐射时, 不仅适用于标量场隧穿辐射的情形, 同时也适用于研究旋量场、矢量场以及引力波的隧穿辐射. 关键词： Einstein-Yang-Mills-Chern-Simons黑洞 霍金隧穿辐射 Hamilton-Jacobi方程     

氦滴能揭示宇宙的秘密吗

 在芬兰赫尔辛基理工大学和莫斯科朗道理论物理研究所工作的伏龙维克(GrigoriVolovik)研究液氦已30多年。在其研究成果的基础上,他提出:研究接近绝对零度的一滴液氦的特性有助于揭示宇宙的许多秘密。当氦(He)被冷却到接近绝对零度时,它仍然是液态,但开始遵循量子力学的规律而不再服从经典力学的法则。诸氦原子失去独立性,开始互相影响各自的运动:例如氦3能无摩擦地沿容器壁流动并蔑视重力沿烧杯壁向上爬行。科学家们若干年前就已发现超流态的氦与宇宙从数学的观点看存在着奥妙的联系。     

彭罗斯对广义相对论和黑洞理论的贡献

这篇文章列出了2020年诺贝尔物理学奖获得者彭罗斯对广义相对论和黑洞理论做出的重要贡献.它包括著名的奇点定理、彭罗斯图、彭罗斯过程和宇宙监督假设等.介绍了彭罗斯和霍金之间的友谊和合作.也简要介绍了另两位2020年诺贝尔物理学奖获得者根泽尔和盖兹对存在于银河系中心的超大质量致密天体的发现.     

从霍金的新思想看物理学中的联系与反联系规律

 一按照爱因斯坦广义相对论的理论,宇宙间存在着一个巨大的暗天体,1969年,美国物理学家约翰·惠勒称这种暗天体为“黑洞”,意思是“引力完全坍缩物体”。经典物理认为,黑洞有一个封闭的视界面,即黑洞的边界。外来的物质能够进入视界,而视界内的任何物质均不能逃出视界。黑洞只能吸收,不能发射,因而是漆黑一团。对于这种观点,历来没有人怀疑。1974年,英国坐在轮椅上的青年物理学家史蒂芬·霍金(1942～)对上述关于黑洞的经典理论提出了挑战,发表了关于黑洞辐射的著名论文,在物理学界引起震动。     

窥视苍穹：从肉眼观星到太空望远镜

 “我的目标很简单，就是完全理解我们的宇宙，弄清它为什么会是今天这个样子，以及它究竟为什么存在。”《时间简史》的作者斯蒂芬·霍金恰如其分地表达了那种自远古时代起就不断驱使科学家和哲学家去研究宇宙的求知欲望。适用于地球本身的物理定律在天文尺度同样适用，这一简单假设已经在建立宇宙模型方面取得了引人注目的成功，从而导致了物理学根本性的飞跃和实用技术天翻地覆的进步。考虑到客观条件对天文观测的苛刻限制，我们能在理解宇宙的道路上走得如此之远可谓十分不寻常了。其他物理学家可以通过改变和限制各种参数来检测一个封闭系统的变化，而宇宙的宽广无垠却意味着天文学家永远受制于大自然而无能为力。因此，实验科学中这个出类拔萃的分支理应得到公平的对待和充分的认可。本文旨在简要回顾天文学观测从早期的肉眼观星发展到如今发射造价数十亿美金的太空望远镜的精彩历程。     

解读霍金有关黑洞的说法

<正>斯蒂芬·霍金,这个在轮椅上过了大半辈子,却对理论物理中的黑洞研究作出非凡贡献的当代科学传奇人物,再次以他与黑洞有关的最新见解而震惊世界。据媒体报道,说他在日前发表的一篇论文中否定了自己过去的说法,认为黑洞其实是不存在的。黑洞与霍金齐名,在物理学的专业词汇中,恐怕很难找出别的术语,能比"黑洞"一词更深入公众之心。40年之前,史蒂芬·霍金将量子论引入了黑洞的经典理论,提出霍金辐射(Hawking Radiation)的观     

欣欣向荣的宇宙学

 一度被称为“天文学坟墓”的宇宙学现在正欣欣向荣。一系列丰富的科研成果和新仪器装置的研制,使人们感到宇宙学的前景是光明的。 长期以来,人们将１Ａ型超新星作为测量空间距离的“标准光强”,对它们的表观亮度的测量给出了它们的距离值。但是,这一方法很容易出错,不同的实验可以得到不同的结果。有人提出如何通过对衰减率和颜色进行校正的新方法,从而得到数值为５９±７的哈勃常数,它所相对的宇宙年龄约为１７０亿年。 宇宙学的另一个参数是ω,它是宇宙中的物质与阻止宇宙膨胀所需临界量的比。大爆炸膨胀模型预期ω必须精确等于１,宇宙才是“膨胀的”。     

寻找宇宙原初物质

 叶云秀在《最大和最小的和谐统---夸克-胶子等离子体》一文(《现代物理知识》1994年第4期26页)中写道:“如果能产生出大爆炸后约10-6秒之内的物质态,并研究它的性质、它的状态方程、它的演化过程……,那就可能为宇宙的起源和演化提供佐证,也可以说我们回到了差不多1.5×10¹⁰年以前。”为了实现这一愿望,在全世界一些粒子加速器上工作的小组你追我赶地试图重建宇宙的原初物质:夸克-胶子等离子体(自由漂浮的夸克和电子)的汤。在日内瓦欧洲粒子研究中心的物理学家们曾主张用铅离子互相轰击发现这种等离子体的痕迹,但不少科学家对此提出质疑,实验也未进行下去。     

有关宇宙微波背景辐射的最新报告

2006年3月15日在普林斯顿大学的一个记者招待会上，WMAP^＊（威尔金森宇宙微波各向异性探测卫星）小组发布了他们关于宇宙大爆炸后辐射残留的最新报告．报告提供了首张偏振宇宙微波辐射图谱，其内容有助于了解字宙诞生10埘秒之后的情况，也使标准宇宙模型通过了目前最严格的数据检验．他们还宣称我们生活在一个扁平状的宇宙中，这个宇宙仅含有4％的常规物质，但有22％的暗物质和74％的暗能量，这些结果与宇宙标准模型相吻合．WMAP成员Lyman Page说：     

自由电子激光——“新金矿”

 一、“新金矿”1986年5月著名物理学家杨振宁博士来华讲学时,有人问他:“应当选择哪些领域研究才有发展前途?”他在回答中特别提到了准晶和自由电子激光(以下简称FEL),并说:“这好比淘金矿,当然以淘新金矿为好.”为什么杨振宁把研究FEL称为“淘新金矿”?这可从人类对电磁波资源的开发利用中得到答案.我们知道任何一种光都是一种电磁辐射,激光也不例外,它是整个电磁辐射波谱中的一个组成部分.整个电磁辐射波谱包括有长波、短波、微波、红外、可见光、紫外、X射线、γ射线等多个波段.