黑洞有多冷?霍金說它接近絕對零度

2020-12-06 萬象經驗

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黑洞是這個宇宙中最神秘的天體,它能吸收空間中一切的物質,連光都不能逃脫出它的引力範圍。從牛頓那個時代開始,黑洞就已經在理論上存在了,只不過那時候它的名字叫做「暗星」。自從愛因斯坦推出廣義相對論以來,黑洞的存在更是無可置疑。2019年,科學家公布了第一張黑洞的照片。我們不禁要想,黑洞能吸收掉所有物質,那麼我們該如何測量它的溫度呢?

溫度的測量

溫度是表徵物體冷熱程度的一種度量。在微觀上,溫度是分子平均動能的一種體現。基本上,每個人第一次接觸到溫度這個概念的時候是他發燒的時候。在以前,我們會拿著一根水銀或者酒精的溫度計測量自己的體溫。這是通過熱傳遞的方法來把熱量傳遞到溫度計上,然後液體受熱膨脹到一定高度,我們就可以依此來讀出自己的體溫了。

到了現代,我們已經有了非接觸測量溫度的方法了。根據黑體輻射定律,絕對零度以上的物體都會產生熱輻射,且輻射的波長與溫度有關。且根據斯特潘-玻爾茲曼方程,我們知道輻射的熱流密度與溫度的四次方成正比。於是,我們可以根據接收到的物體熱輻射的波長和熱量來判斷物體的溫度。最常見的就是疫情期間的額溫槍,通過接收額頭的紅外輻射來測量體溫。

由於天體離我們很遠,我們不能使用直接接觸的方式來測量它們的溫度。因此,它們發出的光是我們了解它們溫度的一個重要手段。例如,我們用光柵把太陽光分解成一系列的單色光,形成它的光譜,然後我們通過對這些光的測量就可以知道太陽表面的溫度為5777開爾文,中心溫度大概為1700萬開爾文。

黑洞溫度的測量

黑洞具有溫度的想法是令人驚訝的,因為黑洞不會發出任何光,如何能測量它的溫度?有些人可能認為,當黑洞吸收附近恆星的氣體形成吸積盤時,它就會發出光芒,我們此時就可以測量黑洞的溫度。但這不是我們所要談論的溫度,因為這不是黑洞發出的光。

黑洞的溫度與霍金輻射的概念有關。由於量子漲落,在宇宙空間中會成對生成一些虛粒子,最常見的就是光子,這也被認為是真空不空的原因。正常情況下,這些虛粒子會快速生成並互相湮滅。霍金認為,這種情況也會在黑洞的活動視界邊緣出現。當這些虛粒子中的一對出現在黑洞視界的時候,其中一半會掉入黑洞,另一半會自由地逃逸到宇宙空間中。作為外部觀測者,只要探測到這些粒子,你就能知道黑洞的溫度了。

霍金認為,黑洞的溫度與黑洞的質量和視界大小成反比。也就是說黑洞越大,它的溫度就越低。在一些星系中心的超大質量黑洞,擁有數百萬倍的太陽質量,它的溫度為1.4×10^-14開爾文。這已經是非常低了,幾乎接近絕對零度了。擁有太陽質量的黑洞的溫度可能只有0.00000006開爾文。

宇宙微波背景是宇宙大爆炸後的餘暉,它目前的溫度只有2.7開爾文。儘管這已經很低了,但是還是比現存的黑洞溫度高出不少。因此黑洞吸收宇宙背景輻射的能量比蒸發的速度快。

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  • 黑洞的溫度是多少?最高只比絕對零度高5000萬分之一度!
    既然黑洞是完全黑的,那麼,黑洞有溫度嗎?黑洞的溫度是絕對零度,還是多少度呢?關於這個問題,首先要弄清楚黑洞究竟是怎樣的一種天體。根據廣義相對論,黑洞是沒有實體表面的,黑洞本身的所有質量都在中心的奇點,這個奇點會極度扭曲周圍的空間。在這種彎曲空間中,光也會被束縛住,這是導致黑洞不發光的原因。
  • 絕對零度有多可怕?人體遇到絕對零度時,活下來的可能性有多大?
    絕對零度,一個稍顯陌生的名字,它與我們平常所說的「零攝氏度」有何區別?它似乎象徵著「冷的極致」,那麼絕對零度究竟有多可怕?當人類與它狹路相逢時,存活下來的機率又有幾成?,它有著怎樣的詮釋和定義絕對零度是「開氏溫標」的下限值,它區別於「攝氏溫標」的零度,進行單位換算:絕對零度,等於零下273.15攝氏度。
  • 絕對零度有多可怕,如果人體遇到它,究竟還能否存活?
    科學界有一個名詞,對最低溫度有了定義,這就是「絕對零度」,這是一個稍顯陌生的名字,它與我們平常所說的零攝氏度有何區別?它象徵著冷的極致。那麼絕對零度究竟有多可怕,當人類與它狹路相逢時,存活下來的機率又有幾成?帶著這些疑問,下面開始我們今天的話題。
  • 解讀絕對零度,它到底是一個什麼概念?
    然後是令人費解的絕對零度。我們傾向於認為冷熱是相對的東西。例如,一杯茶比爐子上的火冷,但比冰塊熱。絕對零度代表可能最冷的溫度,它與這個模式相牴觸。更奇怪的是,絕對零度在非科學家使用的溫標上甚至都不是零:攝氏零下273.15度,或者華氏零下459.67度。怎麼會有最低溫度呢?解碼絕對零度的關鍵是理解溫度是什麼。
  • 科學家創造出第5狀態物質,無限接近絕對零度,甚至能凍結光線
    科學家創造出第5狀態物質,無限接近絕對零度,甚至能凍結光線在我們的宇宙中,物質的常見狀態有3種,第一種就是液態,就像是水,第二種就是固態,就像是巖石,第三種就是氣態。這三種狀態都可能在同一種物質上呈現,除此之外,還有第四種狀態就是火焰的離子態。
  • 與絕對零度相對的絕對最高溫度,是否存在?在哪裡可以發現
    最有代表性的就是攝氏溫度,它規定水結冰的溫度為零度,一個大氣壓下水的沸點為一百度,這種溫度計數法十分方便,且得到廣泛應用。溫度的本質,還是物理學研究到分子以後的事了,那時候分子是最小的粒子,不可分割,而溫度的本質就是分子不規則運動的宏觀表現。
  • 最冷的是絕對零度 最熱的呢?-絕對零度,冷熱,溫度,科普,普朗克...
    絕對零度是物體的最低溫度,那麼溫度是否有上限呢?如果有最高溫度是多少呢?溫度不但有下限,實際上,溫度也是有上限的,但這已經高到離譜,除了高能物理學家外一般沒有人會談論它。一些科學家相信我們或說至少是我們的宇宙已經經歷過了普朗克溫度,儘管這個瞬間你沒有趕上。這發生在宇宙大爆炸之後的10^(-43)秒,這是一個極短的時間,宇宙也就此誕生。絕對零度(零下273.15攝氏度)比普朗克溫度更容易理解。在統計熱力學中,熱量是運動的一個函數,分子的運動產生了溫度。分子運動越劇烈,則溫度越高,反之亦然。
  • 最冷的是絕對零度 最熱的呢?
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  • 宇宙最冷的地方在哪?它和絕對零度差1度,科學家預測有望突破!
    它代表的是宇宙中最低的溫度,並且這個溫度還在不斷的突破自己的下限,說是270多度,但是這個也只是一個大概的換算量罷了,所謂的絕對零度並不是一個準確的問題,因為在絕對零度下,基本上所有的生命都停止了活動,其中還包括原子、分子等等,因此絕對零度是一個概念,有沒有宇宙突破這個數字是不清楚的。那麼有人就想問了,宇宙中真的有最冷的地方突破了絕對零度嗎?
  • 科學百科:尋找世界上最「冷」的地方(二)探索絕對零度
    這個星雲呢,被我們發現的時間是在1979年,而科學家測到的,它那裡的溫度呢,竟然只有零下272°。你要知道這個溫度,它比絕對零度,也就是零下273.15°,僅僅高出了1.15。這個相比宇宙普遍的那種低溫已經要低了2°多了,這也是目前已知的唯一一個溫度低於背景輻射的天體,可以說它是目前已知宇宙當中最冷的地方!那為什麼溫度會比宇宙背景的溫度還要低呢?
  • 絕對零度有多可怕?科學家表示可以凍住光,絕對超出你的想像!
    現在的天氣逐漸變冷,尤其是當溫度接近零度的時候,很多的人都臥在床上不起來了。但是這只是我們所理解的零度,它並不是物理學上所謂的真正的零度。按物理學上所規定的真正零度來說,生活中的0℃只是一個非常普通的溫度而已。
  • 《自然》:單分子雷射製冷首次達到接近絕對零度
  • 絕對零度是如何計算出來的?會有比絕對零度更低的溫度嗎?
    溫度的本質是一種分子運動劇烈程度的表現,物質表面分子越活躍,它的溫度就越高。我們將水結冰的溫度定為零度,但是其實在零度底下還有更低的溫度,其中就有一個絕對零度的概念。 絕對零度是什麼? 絕對零度是熱力學上的最低溫度,是一種理論上的最低的溫度。
  • 「絕對零度」到底有多恐怖?最快的速度光,能被它凍住嗎?
    而在我們的生活中有個說法,說在我們地球上最冷的溫度就是絕對零度,雖然只是一個概念,但是卻引發了很多人的想像,甚至認為絕對零度的冰凍速度就跟光的速度是一樣的。絕對零度科學家們認為在零下273度左右,不過這個是絕對不存在的
  • 絕對零度有多可怕?瞬間湮滅一切物質,對人類有什麼作用?
    它最低能達到多少?最高有多少呢?知天下奇聞,看小奇科普檔案!今天小奇跟大家聊聊溫度。在地球上,最寒冷的地方是南極,冬天的溫度能低至零下90攝氏度,脫離地球,在可觀測的宇宙中,最冷的地方是「回力棒星雲」,溫度為零下272攝氏度,被稱為「宇宙冰盒子」。那有沒有比它溫度更低的呢?當然是有的,在科學界中,有一個名詞比它更冷,叫做絕對零度,想要了解絕對零度我們就需要知道溫度的概念。
  • 全宇宙最冷的地方,就在我們銀河系,僅僅比絕對零度高半攝氏度!
    全宇宙最冷的地方,就在我們銀河系,僅僅比絕對零度高半攝氏度!現在是冬天,當天氣冷的時候,你會想到東北部。如果天氣更冷,你會想到南極和北極。但是如果更冷的話,你會想到太空和冥王星遠離太陽,那裡的溫度低到零下240度,這使得液氮凍結。冷嗎?