任何东西都不能逃脱黑洞。广义相对论在这一点上很清楚。穿过黑洞的视界，你将永远迷失在宇宙中。但这并不完全正确。根据爱因斯坦的理论，这是正确的，但广义相对论是一个经典模型。它没有考虑到自然的量子方面。为此，你需要引力的量子理论，而我们没有。但我们确实对量子引力的一些效应有一些想法，其中最有趣的是霍金辐射。
研究量子引力的一种方法是观察量子物体在弯曲空间中的行为。通常在量子理论中，我们假设空间是一个固定而平坦的背景。狭义相对论仍然适用，但广义相对论不适用。基本上，我们只是忽略了重力，因为它的影响非常小。这对于像地球引力下的原子这样的东西来说非常有用。但是黑洞视界附近的量子力学是非常不同的。
霍金并不是第一个研究黑洞量子效应的人，但他确实证明了视界并不是一成不变的。如果一个量子物体永远被黑洞束缚着，我们就能绝对确定这个物体的位置。但是量子系统是模糊的，它们的位置总是不确定的。我们可以说量子物体很可能在黑洞里，也有很小的可能不在。这意味着，随着时间的推移，物体可以通过量子隧道穿越视界逃逸。这使得黑洞失去了一些质量，而黑洞的质量越小，量子物体就越容易逃脱。
由于霍金辐射，黑洞可以释放微弱的能量。有趣的是，这些效应将黑洞与热力学联系起来。因为黑洞会发出一些光，所以它们有温度。从这个简单的事实出发，物理学家们发展了黑洞热力学理论，这有助于我们理解黑洞合并时发生了什么，以及其他一些事情。
这是很聪明的东西，但问题是我们从未观测到霍金辐射。大多数物理学家认为它确实存在，但我们无法证明。考虑到(理论上)霍金辐射的微弱程度，以及最近的黑洞离我们有多远，在可预见的未来，我们不太可能探测到霍金辐射。因此，科学家们转而研究具有水平特性的模拟系统，如水漩涡或光学系统。
《物理评论快报》最近的一项研究着眼于光学黑洞类似物，并发现了霍金辐射的一个有趣效应。模拟黑洞的一种方法是在非线性光学材料中创建一个受约束的光包。这种材料就像一种单向门，所以光子只能从一个方向进入这个包(就像黑洞视界的单向本质)。在包的另一边，光子只能离开，这类似于一个假设的白洞。所以光学系统模拟了黑洞/白洞对。
该团队使用计算机模拟来研究当量子系统通过模拟的一对时会发生什么。他们发现这一对可以用来创造一种被称为纠缠的量子效应。当两个粒子成为量子对时，它们会纠缠在一起，这意味着与一个粒子的相互作用也会影响到另一个粒子。我们认为，当粒子通过霍金辐射逃离黑洞时，它们是以纠缠对的形式出现的。根据这项最新的工作，模拟的黑洞/白洞对可以用来改变通过它的系统的纠缠。这个系统甚至可以调整，使纠缠态增强或减弱。
这项工作支持了霍金辐射在纠缠对中发生的观点，但它也表明了如何通过实验对纠缠进行微调，这将对其他研究非常有用，如信息理论和量子计算。下一步就是在实验室里进行这种实验。如果它能像预测的那样工作，我们就有了一种研究量子系统的强有力的新方法。
参考文献:阿古洛、伊万、安东尼·j·布雷迪和迪米特里奥斯·克拉纳斯。光学模拟白黑洞对中受激霍金辐射的量子方面物理评论快报128.9(2022):091301。
