黑洞和霍克輻射

霍金輻射,有時也稱為貝肯斯坦霍金輻射,是英國物理學(xué)家斯蒂芬霍金的理論預(yù)測,它解釋了與黑洞有關(guān)的熱性質(zhì)。

通常情況下,由于強(qiáng)烈的重力場,黑洞被認(rèn)為會吸引周圍地區(qū)的所有物質(zhì)和能量;然而,1972年,以色列物理學(xué)家雅各布·貝肯斯坦(Jacob Bekenstein)建議黑洞應(yīng)該具有明確的熵,并開始了黑洞熱力學(xué)的發(fā)展,包括能量的發(fā)射,1974年,霍金制定了黑洞如何發(fā)射黑體輻射的確切理論模型。

霍金輻射是最早的理論預(yù)測之一,它提供了重力如何與其他形式的能量相關(guān)的見解,這是任何量子重力理論的必要組成部分。

霍金輻射理論解釋了15,16

在解釋的簡化版本中,霍金預(yù)測來自真空的能量波動會導(dǎo)致在黑洞事件范圍附近產(chǎn)生粒子-反粒子對的虛擬粒子。其中一個粒子落入黑洞,另一個粒子逃逸,然后才有機(jī)會相互湮滅。最終的結(jié)果是,對于觀看黑洞的人來說,似乎已經(jīng)發(fā)射了一個粒子。

由于發(fā)射的粒子具有正能量,被黑洞吸收的粒子相對于外部宇宙具有負(fù)能量。這導(dǎo)致黑洞失去能量,從而導(dǎo)致質(zhì)量(因?yàn)?em>E=mc2)。

較小的原始黑洞實(shí)際上可以發(fā)出比它們吸收更多的能量,這導(dǎo)致它們失去凈質(zhì)量。較大的黑洞,例如一個太陽能物質(zhì)的黑洞,比通過霍克輻射發(fā)射的更能吸收宇宙輻射。

關(guān)于黑洞輻射的爭議和其他理論

盡管霍克輻射被科學(xué)界普遍接受,但仍存在一些爭議。

有人擔(dān)心它最終會導(dǎo)致信息丟失,這挑戰(zhàn)了信息無法創(chuàng)建或銷毀的信念。或者,那些不相信黑洞本身存在的人同樣不愿意接受它們吸收粒子。

此外,物理學(xué)家挑戰(zhàn)霍金'原始計(jì)算被稱為反普朗克問題,理由是靠近重力地平線的量子粒子表現(xiàn)特別好,不能根據(jù)觀測坐標(biāo)與觀測坐標(biāo)之間的時空差分來觀測或計(jì)算。

像量子物理學(xué)的大多數(shù)元素一樣,與霍金輻射理論有關(guān)的可觀察和可測試的實(shí)驗(yàn)幾乎是不可能進(jìn)行的;另外,在現(xiàn)代科學(xué)的實(shí)驗(yàn)可實(shí)現(xiàn)的條件下,這種效應(yīng)太小而無法觀察到,所以這些實(shí)驗(yàn)的結(jié)果仍然是不確定的證明這個理論。

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