你以為「真空」真是「空」的嗎?霍金因這受到啟發,提出重要結論

2020-08-26 星光視界20

黑洞這個概念在被提出的很長一段時間中,科學家們都認為黑洞就像是這個宇宙中的「吸塵器」,只進不出,任何物質在經過它時,都會被其吞噬,連光都無法逃脫,而且它會伴隨著宇宙一直存在下去。然而,英國物理學家霍金卻對這個觀念發起了挑戰,那這到底是怎麼一回事呢?

在理解霍金提出的這個看法前,我們先來認識下真空

原來那些專門研究微觀世界的科學家們發現,我們過去認為的真空,其實並不是空無一物的,在真空中,總是會有1對 1對的虛粒子對不斷地冒出來,它們一個帶有正能量,一個帶有負能量,在極短的時間內,正負粒子間又相互碰撞湮滅。這就好比你在太空觀察地球的海洋,會發現海洋就像是光滑的玻璃珠的表面,當你下降到飛機航班的高度,就會看到微小的波紋,再當你下降到海平面上時,你就會看到滔天的巨浪。

真空亦是如此,真空就像是海洋,觀察的越是精細,真空的變化就越是劇烈,所謂的真空其實就是一鍋沸騰的虛粒子,裡面不斷地翻滾著虛粒子的泡沫和浪花,真空的世界其實不是「空」的。這個研究成果給了霍金極大的啟發。有一天,他就突然想到假如真空是一個新粒子的海洋的話,那麼黑洞就不可能一直穩定地存在了,黑洞有可能會像水滴一樣蒸發掉,不再是只進不出的「吸塵器」,而是會逐漸變小,最終蒸發殆盡。那麼霍金到底是怎麼想的呢?

任何東西越過了黑洞的視界面就別想再跑出來了。

霍金認為,如果在黑洞的視界面突然生成一對粒子,本來他們會再次碰撞相互抵消,但是事不湊巧,那個負能量粒子掉進了黑洞的視界面,而正能量粒子則留在了外面,因此他們再也無法見面,再也無法相互抵消,於是這兩個虛粒子就變成了兩個真實的粒子。黑洞吞掉了一個負能量粒子,自己的質量也就減少了一分,而正能量粒子看起來就好像是從視界面上被發射了出來一樣,整體看上去就像是黑洞在不斷的放出輻射,在不斷的變小,因此,霍金稱這個過程叫「黑洞蒸發」,這種輻射也被科學界稱為霍金輻射。

霍金經過研究計算得出,黑洞的溫度和大小有關係。

如果一個物體能放出輻射,那麼就意味著它有溫度。普通物體是溫度越高放熱越厲害,溫度也就下降得越快,最終會和外界達到熱平衡。比如一杯熱茶放在那裡,你不去管它,最後溫度總是會和周圍的環境保持一致的。但是黑洞卻很奇怪,它越是放出熱量反而溫度會上升,因此黑洞是無論如何不可能和外界達到熱平衡的,越是小的黑洞溫度反而越高,這也就意味著黑洞最終的命運就是蒸發殆盡,霍金的這個想法結合了相對論和量子力學具有開創性,所以霍金也因為這個成就邁入了頂尖物理學家的行列。

至於霍金輻射到底是真還是假,到目前為止卻依然沒有一個合理的驗證,因為我們人類從來沒有觀測到這種輻射,原因在於這種輻射極其微弱,微弱到以人類目前的科技水平,根本不可能檢測到一個遙遠的黑洞發出的輻射。而黑洞的蒸發速度又極為緩慢,以人類現有的觀測技術,我們也不可能在有生之年檢測到一個黑洞的質量在逐步縮小。

霍金的理論雖然從數學上來說極為大膽創新,但是卻沒有證據能證明其理論的真實性。就像引力波從提出到證實,經歷了許多的坎坷,最終才被證實。相信在未來,隨著人類科技發展,也一定能夠證實霍金輻射的真實性的。

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