黑洞蒸發的現象真實的存在,而霍金卻解釋不了當中的原因

2021-01-15 玄之玄又玄

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霍金是當代最偉大的科學家,他的探索和發現一直站在現代科學的前沿,但他也不知道黑洞蒸發會有什麼結果。 我們當然也只能等著瞧了。黑洞是宇宙中最奇特和神秘的天體 , 是超強引力源 , 時空的扭曲者 , 其超強引力使得連宇宙中跑得最快的光都會被它拉住 , 而逃 不出它的「魔掌",它是在時間和空間中形成的「洞"。它在不斷地吸 積著周圍的物質 , 質量增加 , 它是空中的 「 強盜" , 光子的 「牢籠" 它貪得無厭 , 永不停息地吞噬著周圍的一切 , 這就是黑洞的經典圖像。然而在1974年 ,霍金髮現了黑洞的蒸發現象 , 從而改變了黑洞的經典圖像 : 黑洞已不是完「黑" 的 , 也不單純是個 「洞" , 它既可以通過吸積物質使質量增加,也可以向外發射物質,而使質量減小。在量子力學裡,真空並不意味沒有任何場、粒子或能量。量子真空是一種能量為最低的狀態,它只是被稱作真空而已,實際上能量為零的狀態是不存在的。時間和能量的測不準原理解釋了為什麼真空不空。由於質量與能量的等價,真空中的能量漲落就可以導致基本粒子的生成。

20世紀初時,科學家發現,每一種基本粒子都有一種對應的反粒子,二者質量相同,其他性質呈「鏡像"對稱。兩者相遇,就會相互湮滅,將質量轉化為能量。因此,一個粒子和它的反粒子就表示相當於它的靜質量的兩倍的能量,反過來,一定的能量也可以被看作是一對正反粒子。於是,由於能量漲落而躁動的量子真空就成了所謂「狄拉克海",其中遍布著自發出現而又很快湮沒的正反粒子對。在不存在任何力的量子真空裡,粒子對不斷地產生和消滅,所以平均而言,就沒有任何粒子或反粒子真正產生或是消滅。山於這些粒子瞬時存在而不能被直接觀測到,所以被稱為虛粒子(可以是虛光子、虛電子、虛質子等)。其實虛粒子和實粒子並沒有本質的區別,只是虛粒子沒有足夠的能量,存在的時間極短如果它能從外界獲得能量,就可以存在足夠長的時間而升格為實粒子。設想,有一電場,作用在真空上。當一對正負電子在真空中出現時,它們就會被電場沿相反的方向分離。如果電場足夠強,它們就會分離的足夠遠,以至於不能再相互碰撞和湮滅。這時的虛粒子就成為實粒子,這時的真空就被稱為是極化的。

但是,真空是不容易被極化的,需要有很高的能量密度才能使虛粒子對分離和實粒子出現。而產生極化所需的能量的形式並不重要,它們可以是電能、磁能、熱能、引力能等。測不準原理告訴我們,真空中到處存在著虛粒子的海洋。這種緊張的量子行為的虛粒子海洋同樣也出現在黑洞事件視界周圍的空間區域。由於所有形式的能量都等價於質量,所以我們當然會想到引力能也會被自發地轉變成粒子。霍金髮現,對於微黑洞來說,量子真空會被它周圍的強引力場所極化,在狄拉克海裡,虛粒子對在不斷產生和消失,一個粒子和它的反粒子會分離一段很短的時間,於是就有四種可能性:兩個夥伴重新相遇,並相互湮滅;反粒子被黑洞捕獲,而正粒子在外部世界顯形;正粒子被捕獲而反粒子逃出;雙雙落人黑洞。霍金計算了這些過程發生的機率,結果發現過程反粒子被黑洞捕獲,而正粒子在外部世界顯形最為常見。由於有傾向地捕獲反粒子,黑洞自發地損失了能量,也就是損失了質量。由於微黑洞的尺度與基本粒子相當 , 能量的 「躍遷'' 可能足以使粒子運動一段大於視界半徑的距離 , 其結果就是粒子逃出 , 在外部觀測者看來, 黑洞在蒸發, 即發出粒子流。其實粒子並沒有真的跳過視界 「牆", 而是從一個由測不準原理短暫地打通的 「隧道" 穿過。這樣的過程反反覆覆在黑洞視界的周圍發生, 從而, 形成一股不斷的輻射流, 黑洞發光了。

霍金的計算表明 , 黑洞的蒸發輻射具有黑體的所有特徵。它賦予了黑洞一個真實的 , 在整個視界上同一的 , 直接由視界處的引力場強度來決定的溫度。對史瓦西黑洞來說 , 溫度與質量成反比。 質量與太陽一樣的黑洞 , 其溫度是微不足道的 , 開氏 (即絕對零度以上) 十的負七次方度。 不是零 ,但小的可憐 ; 黑洞並不是完全的黑 , 但一點也不亮。 很遺憾 , 這樣低溫的輻射實在太微弱了,是不可能在實驗室中探測出來的。霍金的計算還有一個重要發現:黑洞的質量越小,溫度越高,輻射也越強。顯然,蒸發只有對微型黑洞來說才有特別的影響,而微型黑洞的溫度是很高的。在黑洞中,質量越大的黑洞,溫度越低,蒸發得越慢;質量越小的黑洞,溫度越高,蒸發得也越快。對於微黑洞來說,溫度非常之高,可達千萬開甚至上億開,隨著蒸發的加劇,質量丟失的很快,溫度會迅猛地上升,隨著溫度上升的加快,質量丟失的就更厲害,這中過程會以瘋狂的形式演變,最終黑洞被摧毀 , 以猛烈的爆發而告終 , 所有粒子都得到了大赦 (對巨型黑洞來說發射粒子的過程十分緩慢 , 相當於蒸發; 而對微黑洞來說 , 發射粒子的過程十分迅猛 , 相當於爆發)。 對於星系中心的巨型黑洞來說, 其蒸發的過程將遠遠超出宇宙的年齡 , 假定宇宙有足夠長的壽命 , 並且不回縮 ,那麼這類黑洞最終也還是要蒸發掉。 不過這類黑洞目前還是吸積遠大於蒸發 , 以吸積為主。 只有當宇宙後來的溫度降到比這類黑洞的溫度還低時 , 它們才開始以蒸發為主。 然而這個過程太慢長了 , 等到它們開始蒸發 , 也將遠遠超出宇宙的年齡 , 而它們要蒸發完畢 , 大約要十的九十九次方年 !黑洞蒸發的最後結果目前還不得而知。 也許有人會認為視界消失後會留下一個裸露的中心奇點 , 但這是經典看法 , 可能是錯誤 。如果它由輻射自己的質量而完全蒸發掉,應該說時空就會成為平直。

相關焦點

  • 霍金的黑洞蒸發理論存在描述錯誤
    也許史蒂芬·霍金所發現的最偉大的東西——也是他在物理學家中如此出名的原因——是黑洞不會永遠存在。自史蒂芬·霍金(Stephen Hawking)發現霍金輻射以來,科學出版物將其描述為一種現象,其中黑洞由於在事件視界附近自發產生的量子糾纏粒子對而緩慢「蒸發」。 據說其中一個粒子被吸進黑洞,另一個粒子霍金認為逃逸出了黑洞。
  • 我們或許可以驗證黑洞的霍金輻射現象了
    當中子星合併時,引力波在整個宇宙中蕩漾開來。現在,引力波的迴響可以證實一個數十年前關於黑洞的假說。 研究引力波數據的天文學家認為,他們已經發現了回聲的證據——只有在存在霍金輻射產生的「量子模糊」的情況下才會發生回聲。
  • 黑洞是如何蒸發的?霍金在《時間簡史》中向我們撒了一個謊
    雖然黑洞是在蒸發,但卻不是霍金在《時間簡史》中描述的那樣。或許是為了配合當時人們的知識儲備,霍金用了一個具象、易記的簡化圖景,科普了黑洞這一匪夷所思的性質,但如今是時候讓我們來看看它真實的模樣了。02難道霍金不知道他的錯誤嗎?哦,不!事實上在霍金的科學論文中,他並不是這樣解釋黑洞輻射現象的。
  • 黑洞存在霍金輻射,那麼黑洞蒸發完後是什麼?
    黑洞蒸發完後,就什麼都沒有了,全部轉化為之前的輻射物質。黑洞蒸發理論,是霍金在1972年提出來關於黑洞的理論;在廣義相對論中,黑洞視界只進不出,但是霍金通過量子力學發現,在黑洞視界處因為量子漲落導致的虛粒子對,會使黑洞向外輻射出正能粒子。
  • 霍金理論系列之三:霍金輻射(黑洞蒸發)
    霍金很不喜歡這種強行關聯,他指出如果黑洞有熵的話,那麼它就應該會產生熱輻射,但是很明顯黑洞不會產生任何輻射,這是廣義相對論所不允許的。最終黑洞蒸發得到科學界的廣泛認可,並把這一理論以霍金名字命名為霍金輻射。霍金輻射怎麼理解?實際上跟霍金輻射的證明方法一樣,對霍金輻射的解釋同樣不止一種,但我們最常聽到的應該是霍金本人的解釋。
  • 霍金輻射:一秒「蒸發」一個「黑洞」!質量越高溫度反而越低?
    據最近的消息,在經過全球近200位科學家經過數年的研究之後,世界上首張黑洞的照片將會在今年年內問世。這代表著人類對於黑洞的研究又向前邁進了一大步。我們都清楚黑洞一直以來被人們稱為宇宙中最恐怖的天體,因為自身質量非常龐大的原因從而產生巨大的萬有引力,從而可以將經過它附近的光線捕捉吞噬。
  • 黑洞也會消亡,就像水分被蒸發直到毀滅?科學家給出解釋
    而事實上,黑洞就像我們所認識的其他事物一樣,它的存在也並非永恆的,總有一天它也會消亡在宇宙之中。我們知道,黑洞是由體積達到一定量的恆星內部化學元素不活躍,無法維持內外部的穩定平衡,而塌陷,最後在極大的壓縮力下形成的。
  • 這就是「真空零點能」和「霍金輻射」讓黑洞蒸發的原因
    現在我們知道宇宙中存在大量的黑洞,黑洞強大的引力甚至連光都無法逃脫,這說明黑洞可以只進不出啊,從這個意義上說黑洞沒有任何損耗,那麼黑洞能不能永恆存在?如果不能,那它們又是如何蒸發的呢?我們今天就了解下海森堡測不準原理和霍金輻射,是怎樣讓黑洞蒸發的?
  • 霍金說: 「黑洞不存在」
    霍金經常「語出驚人」,比如他曾說過,嘗試與外星人交流是非常危險的,因為外星人對待人類的態度,很有可能會像當初歐洲人對待美洲原住居民一樣殘酷。2014 年1月,霍金再次「語出驚人」,他宣稱「黑洞不存在」。霍金就是靠研究黑洞而在學術界出名的,這麼一說不是打自己臉嗎?霍金宣稱「黑洞不存在」這句話是來自他的最新論文。其實,霍金並不是說黑洞真的不存在。
  • 解讀黑洞和時空,你知道黑洞蒸發需要多少時間嗎?
    相反,由於量子物理仍然是真實存在的,空間結構中將會有一定數量的固有能量。宇宙中的一切事物都有內在的不確定性:不確定的位置,不確定的時刻,甚至是內在的不確定的能量。只有把時間和空間中的每一樣東西都平均出來,我們才能獲得任何關於空間是什麼的有意義的信息。顯示量子真空中的虛擬粒子的量子場論計算的可視化場景。即使在空曠的空間,這個真空能量也是非零的。
  • 霍金為什麼說黑洞不存在?灰洞又是什麼 原來與這個理論有關
    而霍金則認為黑洞其實是一個擁有極端物理環境的特殊地帶,物質在被吸入黑洞後一定還會被吐出。即黑洞不會永久地保存吸入的物質,會在某個特定的時刻返還到宇宙中。該現象被霍金成為:黑洞的蒸發。灰洞是怎麼回事在了解到黑洞產生與一顆質量超大的恆星有關時,科學家就提出了一種新的猜想:既然符合條件的恆星才有可能變成黑洞,那麼如果一顆恆星自身存在著某些缺陷,它在演變黑洞的過程中會發生什麼現象呢?
  • 霍金最新報告:黑洞根本不存在 只有灰洞
    英國著名科學家史蒂芬·霍金教授再次以其與黑洞有關的理論震驚物理學界。他在日前發表的一篇論文中承認,黑洞其實是不存在的,不過「灰洞」的確存在。 科技訊據外國媒體報導,在這篇名為《黑洞的資訊保存與氣象預報》(Information Preservation and Weather Forecasting For Black Holes)的論文中,霍金指出,由於找不到黑洞的邊界,因此黑洞是不存在的。黑洞的邊界又稱「視界」。
  • 極簡物理課:為物理不及格的你講一下霍金和「黑洞蒸發」
    20世紀70年代早期,史蒂芬· 霍金(Stephen Hawking)從理論上推導出黑洞是「熱的」,由此它們會損失能量和質量,變得越來越小。這種「黑洞蒸發」是霍金最重要的發現之一。義大利理論物理學家、圈量子引力理論的開創者之一——卡洛·羅韋利曾在他的暢銷科普著作《七堂極簡物理課》裡寫道:「霍金利用量子力學成功地證明了黑洞總是『熱的』,像火爐一樣放熱。從來沒有人觀測到這種熱,因為在我們觀測到的真實的黑洞中,這種熱非常微弱。但是霍金的計算令人信服,在各種場合被人們引用,黑洞的熱也被普遍認為是真實存在的。」
  • 黑洞是否永恆存在?霍金:「黑洞擁有壽命」
    仰望星空德國天文學家卡爾-史瓦西,通過愛因斯坦的引力場方程得知黑洞的存在之後。科學家們一直認為黑洞是永恆的。在很長一段世界裡,這成為了世界公認的真理。然而隨著科學家的不斷研究,發現黑洞其實也有「壽命」。
  • 霍金修正黑洞理論:黑洞或許並不存在
    1976年,霍金提出了著名的「黑洞信息悖論」,即黑洞輻射中並不包括黑洞內部物質的任何信息,一旦這個黑洞濃縮並蒸發消失後,黑洞內部的信息也就不知去向。在《時間簡史——從大爆炸到黑洞》、《黑洞、嬰兒宇宙及其他》和《果殼中的宇宙》中,霍金都曾詳細論述了黑洞。  然而量子物理學的發展,讓黑洞的存在變得「可疑」。
  • 當百科全書被扔進蒸發中的黑洞...
    黑洞信息佯謬的一個核心問題是給出在黑洞蒸發過程中的佩奇曲線行為。近一年,對該問題的研究迎來了突破性進展。研究人員第一次在半經典引力框架下實現了對佩奇曲線的計算,表明黑洞在蒸發過程中信息可以被釋放出來,不存在信息丟失問題。
  • 當百科全書被扔進蒸發中的黑洞……
    黑洞信息佯謬的一個核心問題是給出在黑洞蒸發過程中的佩奇曲線行為。近一年,對該問題的研究迎來了突破性進展。研究人員第一次在半經典引力框架下實現了對佩奇曲線的計算,表明黑洞在蒸發過程中信息可以被釋放出來,不存在信息丟失問題。文章將按照歷史發展的順序,對黑洞信息佯謬這一重要問題以及最新進展進行介紹,包括霍金輻射、佩奇曲線、全息原理、廣義熵、量子極端面和量子極端孤島等重要內容。
  • 科學家實驗證明霍金最後理論:黑洞會蒸發或是真的!
    一直以來人們都希望更多的了解宇宙,對於黑洞的研究,最知名的人之一就是已故英國物理學家霍金了,霍金過世後,許多天文學家對於宇宙黑洞的研究希望有更大的突破
  • 真的不存在行星質量級別的黑洞嗎?
    目前觀測到的最大黑洞編號為SDSS J140821.67+025733.2,質量大約為太陽的1960億倍,最小的黑洞編號為IGR J17091-3624,質量大約僅為太陽的3倍。根據科學理論的測算,該黑洞已經非常接近理論上的質量最小黑洞了!根據測算,該黑洞的史瓦西半徑僅有9公裡!可想而知其規模多小了。那為什麼不存在行星質量級別的黑洞呢?僅僅是因為人類觀測設備的制約才被科學家認為不存在嗎?
  • 宇宙最大黑洞,還有那讓霍金輸掉賭約的黑洞,都是什麼來頭?
    黑洞愛因斯坦的相對論指出,在任何慣性坐標中,物質的速率都不可能超越真空中的光速,所以逃離黑洞顯然是不可能的。雖然看不到黑洞事件視界內的東西,但是科學家們通過觀察和研究黑洞周圍的現象,發現黑洞的周圍遍布著氣體和灰塵形成的顆粒,這些顆粒以大約十分之一光速圍繞著黑洞進行高速旋轉,如此高速的運動會導致持續不斷的爆發輻射,並產生超高的亮度,科學家稱之為「吸積盤」。