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霍金辐射

2017-10-16
出处:族谱网
作者:阿族小谱
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概述黑洞是一个万有引力极大的地方,它周围的物质会被引力拉进去。以经典力学上来说,它的引力超强,甚至电磁辐射波也无法逃脱。目前虽尚未了解如何统一引力与量子力学,但远离黑洞之处的引力效应却微弱到依然可以使计算结果符合弯曲时空的量子场论框架。霍金表示量子效应允许黑洞发射精确的黑体辐射。这电磁辐射仿佛被一个温度和黑洞的质量成反比的黑体发出。举例来说,一太阳质量的黑洞的温度仅有60nK;事实上,黑洞会吸收比自身发射要多得多的宇宙微波背景辐射。一个质量为4.5×10kg的黑洞(与月球质量相近)的温度会保持在2.7K,并吸收与其发射数量相等的辐射。更小的原生黑洞则会散发比自身吸收更多的辐射,因此逐渐失去质量。在没有霍金辐射的概念以前,物理界有一个难题,就是如果把有很多熵的东西丢进黑洞里,那岂不是把那些熵给消灭掉了吗?但是熵在宇宙里是永增不减的,因此这代表黑洞应该也有很多熵,而有熵的任何东西都会释放黑体辐...

概述

黑洞是一个万有引力极大的地方,它周围的物质会被引力拉进去。以经典力学上来说,它的引力超强,甚至电磁辐射波也无法逃脱。目前虽尚未了解如何统一引力与量子力学,但远离黑洞之处的引力效应却微弱到依然可以使计算结果符合弯曲时空的量子场论框架。霍金表示量子效应允许黑洞发射精确的黑体辐射。这电磁辐射仿佛被一个温度和黑洞的质量成反比的黑体发出。

举例来说,一太阳质量的黑洞的温度仅有60nK;事实上,黑洞会吸收比自身发射要多得多的宇宙微波背景辐射。一个质量为4.5×10 kg的黑洞(与月球质量相近)的温度会保持在2.7K,并吸收与其发射数量相等的辐射。更小的原生黑洞则会散发比自身吸收更多的辐射,因此逐渐失去质量。

在没有霍金辐射的概念以前,物理界有一个难题,就是如果把有很多熵的东西丢进黑洞里,那岂不是把那些熵给消灭掉了吗?但是熵在宇宙里是永增不减的,因此这代表黑洞应该也有很多熵,而有熵的任何东西都会释放黑体辐射,因此黑洞也会释放黑体辐射?但释放的机制又如何?霍金辐射就解释了黑洞释放黑体辐射的机制。根据海森堡测不准原理,在真空中会瞬间凭空且自然地产生许多粒子-反粒子(虚粒子)对,并且在极短的时间内成对湮灭,在宏观上没有质量产生。

雅可夫·鲍里索维奇·泽尔多维奇、雅各布·贝肯斯坦和史蒂芬·霍金等物理学者将量子力学和广义相对论结合起来,结果显示视界的温度并非是零,而且还会发光,虽然极其微弱。这种光就是所谓的“霍金辐射”;当成双成对的粒子——如电子和正电子,或一对光子——在强烈的引力场中被制造出来时,其中一个粒子会坠入黑洞,另一个会逃离,从而产生这种辐射。

如果一个粒子对在黑洞附近形成,由于黑洞的引力场很强,导致配对诞生的正反粒子被扯开,有可能有一个跌入事件视界,而另一个没有,从而被黑洞的引力提升成实粒子。但这样就违反了能量守恒定律,所以另一个粒子的质量一定是从黑洞本身的质量而来——这就是黑洞释放辐射的一个简化解释。

基本上,大质量的黑洞可存活比较久一些。一般恒星死亡产生的黑洞可以活10 年,而超大质量黑洞则可以活10 年,霍金辐射也可以说明为什么我们无法观测到宇宙诞生时所产生的微黑洞,因为它们已经蒸发殆尽。

理论

参见

黑洞

史提芬·霍金

黑洞谬论

海森堡测不准原理


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