黑洞通俗易懂的解释,怎么简单的理解黑洞

首页 > 教育 > 作者:YD1662024-05-21 15:07:57

雅各布·贝肯斯坦

贝肯斯坦在1972年提出了黑洞存在熵,而且黑洞熵还与其表面积成正比。出发点很简单,就是热力学第二定律,因为物体在没有被黑洞吞走之前,是有熵的,那么即便是吞下去了,而且相对论认为那些进去的物体都会不可避免的集中到一个无穷小的奇点上,但也不可能消失啊,否则就违背热力学了。

而当时霍金已经证明了黑洞面积不减原理,因此雅各布·贝肯斯坦就敏锐的意识到,面积不减不就正好类似于熵增吗?于是就写了篇论文,结论就是上段的第一句。

黑洞通俗易懂的解释,怎么简单的理解黑洞(5)

黑洞合并面积不减

当霍金听到这个消息后,眉头一皱,甚至有些想笑。如果黑洞有熵,那就意味着有温度,而有温度就意味着黑洞要对外产生热辐射,而这一点明显违背了黑洞定义,因为事件视界内的东西是跑不出来的,即便是光都没法出来。

虽然霍金当时并不信任这个假设,但大师到底是大师,很快便意识到:如果将量子理论带入黑洞,这位学生的观点似乎是可以成立的。仅仅两年之后,霍金就宣布了一项结果:黑洞真的可以对外辐射。

不过辐射的实现过程却比较奇特。考虑到量子涨落存在于宇宙各个角落,那么黑洞附近也不能避免,如果正好有一对虚粒子对出现在视界附近,那么会发生什么呢?

有三种情况会发生:

①这一对虚粒子全部被黑洞吸入,由于原本虚粒子对的出现和消失就是极其迅速的,即便不被黑洞吸入,它们也会相互湮灭,完全消失,因此被黑洞吸入后,不会出现任何特殊情况

②这一对虚粒子都没有被吸入,而是在外面就相互湮灭消失了

③这一条是最重要的,就是有一个被吸进入,而留了另一个在外面。并且这种情况下,只会出现一种情况,即带有负能的粒子进入黑洞,留下正能粒子在外面,为什么呢?难道不会出现正能粒子进入黑洞,而负能留在外面吗?

还真不能,这是由负能粒子不能单独长期存在于外部时空的特性决定的,也就是说,如果先吸走一个正能粒子,那么负能粒子由于不能独自存在,因此它也会跟着进入黑洞,也就是双双坠入黑洞。

黑洞通俗易懂的解释,怎么简单的理解黑洞(6)

霍金辐射

正如上上段所讲的情况,由于负能粒子进入黑洞,因此黑洞的质量就会减少,而对外表现就是一个正能粒子飞走了,好似黑洞对外释放了能量,这种情况就被称为霍金辐射。

虽然霍金辐射相当于在理论上证明了黑洞具有寿命,但同时也产生了一个新的问题,即信息是否会丢失。

要知道原本物体的是携带着大量的自身信息进入黑洞的,而现在黑洞却通过外部的量子涨落随机的辐射能量,且这种辐射并不包含内部的任何信息,随着不断的能量释放,黑洞终有一天会蒸发消失,而原先内部的信息也就完全丢失了,但量子理论认为信息不可丢失,于是就产生了所谓的黑洞信息悖论。(有关黑洞信息悖论,以后会写一篇进行介绍)

黑洞通俗易懂的解释,怎么简单的理解黑洞(7)

霍金(1942-2018)

而关于这个矛盾,至今也没有统一完善的解释,不过这也让黑洞成为了人们解决量子理论与广义相对论冲突的重要舞台。

本篇文章的内容到此结束。

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